高端装备、航空制造及石油钻井等领域大量采用具有复杂结构的曲面零件,这类零件的加工成本高,极具再制造价值。激光再制造具备热输入低、稀释率小、与基材呈冶金结合等特点成为修复关键零部件的主流技术。在曲面零件上制备高质量涂层是延长服役寿命的关键措施,也是激光再制造技术的发展方向。高质量包含高精度和高性能两个方面,提高激光扫描路径的成形精度可以满足涂层的高精度要求,合理设计粉末体系和工艺方法是制备高性能涂层的关键因素。但目前多数文献关注于平面零件上激光工艺参数的选取、涂层的显微组织和力学性能,缺少对曲面零件熔覆层成形质量及力学性能控制的相关研究。本文从激光熔覆的成形精度和成形性能着手,致力于研究适合复杂曲面零件的激光再制造工艺方案。结合曲面特性和工艺参数提出激光扫描路径规划算法,针对结构特殊的曲面零件提出激光熔覆扫描路径优化算法,满足曲面零件激光熔覆成形的高精度要求。在此基础上,采用碳化钨原位生成法制备性能优异的陶瓷涂层,并探索新型材料碳纳米管对复合涂层的显微组织及力学性能的增强机制。实现对关键零部件“控形”和“控性”的一体化再制造。（1）通过逆向工程获得零件的点云数据,利用双三次NURBS曲面重构零件模型并转换成STL格式。设置切平面与三角面片相交,获得单道初始扫描路径,结合激光工艺参数,采用弓高算法搜索路径插补点,并计算路径点的坐标及法向量。以复杂曲面零件成形路径的高精度为目标,依据质量守恒定律建立多道搭接熔覆模型,求解相邻切平面间距的最优值。根据加工需求调整路径点结构,获得激光扫描路径。在实际单齿上进行熔覆实验,验证该算法的可靠性。（2）为提高熔覆曲率变化不规律曲面的机器人加工效率,提出分割算法将复杂曲面划分成曲率不同的子区域,并在单个区域内进行路径规划。针对多区域间的轨迹连接问题,以激光加工路径最短为优化目标,采用图论理论对问题进行转换,提出组合路径优化算法实现机器空间路径的控制。零件结构复杂且无法拆卸时,为提高成形精度,防止激光与零件产生不必要的接触,提出干涉检测算法。设定碰撞域完成粗检过程,结合四叉树算法进行精确搜索,确定路径干涉点并在满足再制造质量的前提下进行激光姿态优化。完成高压蒸汽阀零件的修复,验证该算法的有效性。（3）在镍基表面成功制备原位生成碳化钨涂层。利用SEM、XRD检测方法对原位生成碳化钨涂层的物相及微观组织进行了表征,分析增强相颗粒特征与工艺参数的关联关系,阐明原位合成碳化钨涂层显微组织与力学性能的演变规律。激光能量过高碳原子发生烧蚀,激光能量过低则原子间接触不充分,严重影响碳化钨颗粒自发合成的过程。（4）添加不同含量的碳纳米管制备镍基复合涂层,分析碳纳米管含量对涂层显微组织结构的演变规律,弥散分布的碳纳米管提升形核率的同时抑制了晶粒的生长,细化晶粒尺寸达到提高涂层强度的目的。通过显微硬度和摩擦磨损试验明确碳纳米管含量对涂层力学性能的影响,并探索碳纳米管的增强机制,为零件表面强化提供了可控指标。