普通低碳钢材料以优异的综合性能和低廉的价格,目前已被广泛应用于工业生产的各个领域,但在特殊环境下因材料自身特性原因,依旧难以满足恶劣的工况要求。激光熔覆技术可在普通钢材表面制备出具有高硬度、高耐磨性、抗腐蚀和抗高温氧化等性能优良的涂层,以替代贵重稀有金属材料,降低生产维修成本。与焊接过程相类似,在激光熔覆过程中熔覆材料以极快的速度熔化和冷却,极大温度梯度加之成分偏析,致使凝固后易出现气孔、裂纹等缺陷,严重影响到该技术的使用和推广。本论文利用激光熔覆技术在Q235钢基体上制备镍基碳化钨增强涂层,首先采用具有“核壳”结构的镍包碳化钨复合粉末作为熔覆材料,研究了不同碳化钨含量对涂层组织与性能的影响,在此基础上选出最佳碳化钨含量配比进行后续试验;然后分别在激光熔覆过程中同步施加超声振动、机械振动两种辅助工艺,通过调节振动参数并借助相关表征手段(如扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度仪等),研究了超声振动功率、机械振动频率对涂层显微组织及缺陷、元素分布、物相成分、显微硬度和耐磨性的影响,并对其在激光熔池和熔体凝固过程中的作用机理进行了简要分析。试验结果表明,碳化钨含量分别为15%、25%、35%的镍包碳化钨复合粉末经激光熔覆得到的涂层界面结合区均有一条由平面晶形成的白亮带,中部组织主要由树枝晶和柱状晶组成,XRD图谱显示涂层物相成分主要是γ-Ni(Fe)、Ni3Fe、WC、M23C6和M7C3(M=Fe、Cr)等,其中WC、M23C6和M7C3属于硬质相,在提升涂层硬度和耐磨性的方面起到关键作用;碳化钨含量为25%时对应涂层的平均显微硬度约为831.HV,比基体高出了3.2倍,硬度曲线波动最为平稳,磨损量为14.5×10-3mm3,且气孔、裂纹缺陷较少,涂层质量和综合性能表现较好。空载式超声振动辅助工艺可提升涂层宏观平整性,细化晶粒,有效减少气孔、裂纹缺陷。随着超声振动功率的增大,涂层典型晶粒形态由树枝晶向细小枝晶和柱状晶转变,底部晶粒的方向性减弱,涂层质量得到明显提升。对比不同超声振动功率(P=150W、250W、350W)对应涂层发现,当超声振动功率为350W时,枝晶主干长度仅为34～48μm,Ni、Cr、W、Fe、Co等元素在扫描区域内的分布更加均匀,涂层平均显微硬度提升至937.1HV,磨损量仅为9.5×10-3mm3,相较于无振动辅助的涂层减小了约34.5%;此外,物相分析图谱显示衍射角44.1°、51.5°、75.8°处对应的衍射峰变宽,衍射强度也有所增强,说明超声振动可细化晶粒、改善晶体结构完整性。随着机械振动频率的升高,结合区宽度逐渐变宽,由200Hz时的3μm增加至400Hz时的8μm,涂层晶粒尺寸由45-55μm减小到20-25μm,各元素分布的均匀性逐渐提升,单一元素聚集和气孔、裂纹缺陷得到改善。当辅助振动频率f=400Hz时,涂层质量和各项力学性能表现最好,涂层部分的平均显微硬度为978.5HV,相较于无振动辅助的涂层提升约19.1%,摩擦系数仅为0.42,磨损量为8.3×10-3mm3,其磨损机理为轻微的磨粒磨损,展现出了良好的减磨耐磨性。