激光熔覆技术是一种新型的表面改性方法，具有生产效率高、成本低、热影响区小、加工表面光洁、基本上无污染以及无噪声等优点，广泛应用于模具的修复与强化、激光直接制造和生物医学制造等领域。但是激光熔覆组织的力学性能及其裂纹的问题难以控制是困扰激光熔覆技术发展的最大障碍。众所周知，激光熔覆微观组织和晶粒形态决定着熔覆层的性能和零件的使用寿命，因此，掌握熔覆过程中微观组织的形成规律有利于控制熔覆层的力学性能及其裂纹的产生，设计合理的工艺参数，促进激光熔覆的推广应用。本论文运用金属凝固晶粒形成理论和晶粒相场模拟方法，对激光熔覆金属层晶粒形态、晶粒形成模型及形成机理进行了研究。完成的主要工作如下：1.通过研究分析激光熔覆成形的形成机理以及激光熔池形貌特征，研究了建立激光熔覆模型所涉及到的四个因素，利用传热学理论建立了激光熔覆物理模型，并模拟了不同时刻的激光熔覆温度场分布。2.在激光熔覆温度场模型的基础上，从相场基本原理出发，综合分析现有相场模型，通过宏微观耦合模拟方法，建立了一种适用于模拟激光熔覆晶粒生长的相场模型，实现了外部温度场与内部相场之间的耦合。3.采用有限差分法对相场控制方程进行了离散，在Microsoft Visual C++6.0软件上编写了模拟激光熔覆温度场以及晶粒生长的软件，并模拟了熔池内不同位置处的晶粒生长形态，结果表明熔池中不同位置处晶粒形态也不同。4.以纯镍为试验材料，进行激光熔覆试验，试验证明模拟所得晶粒形貌与试验所得金相图一定程度上吻合，验证了本文所建模型及模拟方法的合理性和可行性。