为改善304不锈钢表面物理和力学性能,本文通过添加粉末设计和激光工艺参数优化选择,采用同轴送粉激光合金化工艺,在304不锈钢表面原位制备了具有FeMnSi记忆合金成分的合金化层。对合金化层的相组成、耐腐蚀性能、显微硬度和耐磨损性能等进行了试验测试和分析,并通过ANSYS有限元软件对激光合金化过程中温度场分布进行了模拟和分析。选取激光功率、激光扫描速度、激光离焦量、载气流量和送粉速度作为主要工艺参数,通过分析单道合金化层的宏观形貌和横截面显微形貌初步确定各工艺参数取值范围后,利用响应面法以稀释率作为响应值获得工艺参数的回归方程和响应面图谱。利用回归方程分析表明,激光功率对稀释率的影响最大,载气流量次之,与实际试验加工过程中参数变化对宏观形貌和横截面形貌的影响相符,证明响应面法能够在实际试验中为工艺参数的合理选择和优化提供借鉴。以Fe17Mn5Si10Cr5Ni记忆合金为合金化层的目标成分,以基体Cr元素含量为基准对合金化添加粉末进行配制,通过多次试验得到接近目标成分合金化层的添加粉末配比为Mn:Si:Cr:Ni=42.591:14.916:0:0.166(Fe为余量),与之相匹配的最优激光工艺参数为功率800W、离焦量0mm、扫描速度400mm/min、送粉速度16.5g/min、载气流量9L/min,并确定该工艺下多道激光合金化加工时搭接率为30%时合金化层表面质量较好。在最优工艺参数和粉末配比下进行多道激光合金化得到FeMnSi合金层并进行测试分析,结果表明,试样层具备FeMnSi记忆合金应力诱发γ→ε马氏体相变的组织特性;奈奎斯特图谱显示合金化层电化学阻抗大于304不锈钢,且腐蚀电位绝对值小于304不锈钢,表明合金化层耐腐蚀性优于304不锈钢;合金化层的显微硬度平均值为240HV,而304不锈钢基体为185HV,表明合金化层表面显微硬度更高;合金化层的摩擦系数为0.5014,基体的摩擦系数为0.6425,二者磨损机理相同,均为粘着磨损和磨粒磨损。基于实际试验参数设置和试验条件,利用ANSYS有限元分析软件对试验过程中的温度场进行求解和分析,采用“生死单元”法模拟合金化层的形成,得到不同节点随时间的温度变化曲线及不同时间下试件的温度分布云图。分析可知,激光光斑经过节点时,节点温度快速升高,在远离节点时,温度快速下降,与实际激光加工快速升温和急速冷却的特点相符;激光加工过程中,能量主要集中在光斑范围内,光斑中心处温度最高,并沿径向减小,光斑周围较小范围内材料温度较高,距光斑越远,材料所受热影响越小,与实际激光加工过程中热影响区小的特点相符;激光冷却过程中,合金化区域温度逐渐下降,远离合金化区基体温度缓慢升高后再下降,材料整体温度梯度呈减小趋势,与实际冷却情况相符。