近年来,随着激光熔覆技术（laser cladding）的不断发展,该技术已逐步被应用于汽车、能源、电子、航空航天及医疗等多个领域,用于制造和修复各种零部件。镍基高温合金因其良好的高温力学性能及其耐腐蚀抗氧化性能,在航空航天、航海、核工业及石油化工等领域内具有独特优势而得到广泛应用。激光熔覆镍基高温合金制备涂层或成型复杂零部件方面具有独特优势。然而,激光熔覆过程复杂,影响因素众多,制备成型质量及力学性能均合格的零部件存在极大挑战。目前,激光熔覆镍基高温合金尚存在严重的元素偏析及凝固组织可控性差等问题,使用现有的实验设备难以观测到合金的瞬态凝固过程,严重地制约了该技术在工业上的发展及应用前景。本文以激光熔覆技术为研究对象,以Inconel718（IN718）合金粉末为成型材料,采用仿真及实验相结合的手段对上述问题展开研究,旨在建立一个宏微观耦合模型,模拟熔池内的微观组织演变过程,对凝固组织,尤其是偏析相进行调控。主要研究内容及结果如下:（1）在有限元软件中编程建立激光熔覆温度场模型,并分析工艺参数对温度场及凝固参数的影响。研究结果表明:熔覆层两端边缘位置的最高温度明显高于中间位置,实际加工时应该通过调节工艺参数及熔覆位置避免缺陷;激光功率越大与温度场的温度值越高,扫描速度对其影响反之;同时,随着激光功率的增加,温度梯度、形状控制因子增大,熔池内的冷却速率减小,扫描速度所呈现的规律与之相反;同一熔覆层中沿等温线自下而上,温度梯度及形状控制因子减小,冷却速率增大。这些结论的获得为后续调控凝固组织打下基础。（2）在温度场仿真的基础上,通过三因素四水平正交试验确定了激光熔覆IN718合金的最优工艺参数:激光功率1200 W、扫描速度8 mm/s、送粉速率0.9 r/min,采用该工艺参数制备的熔覆层成型质量良好,无明显缺陷;熔覆层内枝晶间处存在由Nb元素偏聚产生的硬脆白色Laves相,等轴晶间处的Laves相为网状或短棒状,柱状晶间处的为长链状。（3）基于宏观有限元（FEM）,耦合元胞自动机算法（CA）,编程建立宏微观耦合模型（CA-FE）,模拟IN718合金熔池凝固的一系列动态过程,包括形核、枝晶生长、溶质再分配以及Laves相的产生,并通过实验验证,其中Laves相的含量与实验值相比误差在15%以内。（4）通过改变凝固方式提高冷却速率,可以细化晶粒,使熔池内的柱状晶向等轴晶转变（CET）提前发生,降低Laves相含量,并改变其形貌,长链状Laves相消失。在液氮强制冷却下制备的熔覆层中Laves相浓度最低,冰水由于自身温度远高于液氮,优化效果不好,但Laves相含量也低于空冷熔覆层。（5）在IN718合金中混入微量的（0.066 wt.%）钒元素粉末并与空白熔覆层的微观组织进行对比后发现,含钒熔覆层气孔率、等轴晶平均粒径（EDE）、柱状晶一次枝晶臂间距（PDAS）以及二次枝晶臂（SDAS）有所降低,Laves相含量降低80%,且其形貌变为颗粒状;此外,含钒熔覆层的平均维氏硬度从228HV提高到261HV。