随着我国钢铁产量的不断增加，连铸生产发展突飞猛进，连铸工艺中对结晶器的消耗越来越大，作为结晶器关键部件之一的铜板消耗量也迅速增加，这不仅加大了连铸生产的成本而且也消耗了大量宝贵的铜资源，因此迫切需要研究新的表面强化工艺提高结晶器铜板的高温性能，增加其工作寿命。利用激光熔覆强化技术在铜板表面制备一种与铜基体结合良好、耐磨耐高温的合金熔覆层，为结晶器铜板表面耐高温耐磨损新技术的应用奠定基础。由于不同粉末材料形成的熔覆层各项性能都不相同，而整个铜板工作表面面积很大，正常工作时工作表面不同区域温度分布都不同。为了选取最优的激光熔覆工艺以及与熔覆层合金材料，本文采用有限元数值模拟方法计算结晶器铜板工作过程中的温度场分布。数值模拟结果表明：结晶器宽面铜板和窄面铜板热面、冷面以及冷却水道的温度场分布趋势相同但是具体温度不同，冷却水温度没有达到沸点，说明冷却效果良好，冷却水未在水道内沸腾。根据温度场的结果可以将铜板工作表面分为三个区域，分别为弯月面区、紧密接触区以及气隙区，分别位于距铜板上表面100mm-250mm、250-450mm和450mm以下。宽面铜板的最高温度位于与窄面铜板接触线上为312.51℃，而窄面铜板的最高温度位于距接触线30mm处为399.27℃。本文采用一系列材料分析和测试手段研究了宝山钢铁厂使用的结晶器铜板的组成成分、显微硬度以及软化性能。分析了铜板表面激光熔覆过程中存在的难点，重点研究了如何提高熔覆层与铜基体结合界面的质量，并提出了通过采用不同光源激光器、基体预热以及铜基体表面预处理三种方法来提高两者之间界面结合质量。由于裂纹是熔覆层内致命的缺陷，裂纹一旦产生和扩展，就会导致熔覆层性能大大下降，从而是零件失效，采用合适的基体预热温度以及一定功率的超声振动等方法来控制熔覆层内裂纹的产生。本文选取Fe基、Ni基以及Co基三种自熔性合金粉末作为覆层材料，选择优化的工艺参数进行铜板表面激光扫描熔覆，对熔覆层宏观形貌、微观组织、成分和组成相结构以及熔覆层显微硬度等进行了分析，揭示了金相组织结构和熔覆层性能之间的关系。同时介绍了铜板表面电镀工艺，并且将获得的铜板表面熔覆层与电镀层的显微硬度，软化性能以及热冲击性能进行分析比较，结果表明：Ni基熔覆层的显微硬度为Ni基电镀层的1.5倍，是铜基体的6.5倍。Ni激光熔覆层软化温度高于600度，而Ni基电镀层的软化温度区间为350℃~400℃。经过热冲击实验后Ni基熔覆层显微硬度几乎没变，而Ni基电镀层硬度下降很大，大约下降了46.4%。说明激光熔覆层耐热冲击性能更加优越，更适合在有很大温度梯度的工作环境下工作。由于激光熔覆工艺性灵活，容易实现在不同区域不同材料熔覆，以及层具有高硬度和软化温度，优越的耐磨性能和热冲击性能。因此采用激光熔覆工艺作为结晶器铜板表面强化处理工艺是一个理想的选择。