激光熔覆技术是一种先进的材料表面改性技术,是绿色再制造技术重要的组成部分,具有十分广阔的应用发展前景。然而,激光熔覆层裂纹已成为制约该技术快速发展的技术瓶颈,极大限制了激光熔覆技术的应用和普及。由于激光熔覆过程具有急热和急冷的特点,以及激光熔覆材料与基材在热物理性能方面的差异,极易造成较大的热应力,进而导致激光熔覆层容易出现裂纹等缺陷。激光熔覆层裂纹的出现将极大影响熔覆层的服役寿命。目前该领域裂纹抑制理论和方法主要集中在优化工艺参数、预热和后处理等方面,这些方法在一定程度上降低了裂纹敏感性。但是对于具有低裂纹敏感性的高质量激光熔覆层的制备,仍然需要进一步探索和研究。降低激光熔覆过程中的热应力,是降低激光熔覆层裂纹敏感性的重要途径。受因瓦合金产生的低膨胀现象的启发,本研究将低膨胀特性引入到激光熔覆技术中,构建基于低膨胀特性的激光熔覆层裂纹抑制新理论和方法。本文采用外磁场诱导和磁性增强元素激励的方法在激光熔覆过程中产生低膨胀特性。依靠低膨胀特性降低激光熔覆层材料与基体材料之间的热膨胀差异,调节激光熔覆层的热膨胀,减小热应力并促进其均匀分布,从而降低裂纹敏感性。论文从熔覆层晶格参数变化规律、磁性转变、微观组织演变、熔覆层力学性能和摩擦磨损等方面,分析低膨胀特性对激光熔覆层裂纹抑制和性能的影响规律。本文主要包括以下内容:（1）在激光熔覆材料中添加负膨胀材料Zr W2O8调节熔覆层的热膨胀,实现低膨胀特性,进而降低熔覆层的热应力。分析了热应力在高温区和低温区的变化趋势。热应力在低温区间是由熔覆层的形貌尺寸、热膨胀、弹性模量等共同决定。热应力在高温区间主要由热膨胀的大小决定。通过激光熔覆层形貌分析、显微组织分析,物相分析、热膨胀测试、力学和摩擦性能等测试揭示了在激光熔覆层中引入低膨胀特性实现熔覆层的热应力调控是可行的。低膨胀特性对熔覆层的耐磨损性能提升明显,摩擦系数和磨损体积得到显著降低。（2）采用交变磁场实现了激光熔覆层的低膨胀特性。通过磁性、晶格参数和弹性模量的改变,揭示了外磁场诱导激光熔覆层产生低膨胀特性的物理判据为晶格收缩、弹性模量降低和磁性从铁磁态向顺磁态的转变。研究发现,激光熔覆层从铁磁态向顺磁态的转变过程中产生了晶格参数的收缩,引起了负磁致伸缩现象,在一定程度上抵消了熔覆层的热膨胀,导致低膨胀特性的产生。研究发现,低膨胀特性的产生降低了熔覆层的热膨胀系数和热应力。另外,交变磁场产生的搅拌作用,细化了熔覆层的显微组织,元素分布更加均匀,导致粗大的枝晶向细小的等轴晶转变,缓和了温度梯度,降低了热裂纹的萌生。低膨胀特性的实现能有效降低熔覆层的热膨胀和热应力,降低裂纹敏感性。在低膨胀特性和磁搅拌作用的共同影响下,激光熔覆层的裂纹敏感性得到显著降低。（3）揭示了材料物相特性对形成低膨胀特性的作用机制及其对裂纹抑制与性能的影响规律。通过调整激光熔覆材料中Cr和Nb的含量,揭示了外磁场诱导低膨胀特性与激光熔覆层物相特征之间的关系。通过干摩擦磨损实验和电化学腐蚀实验揭示了Nb对熔覆层耐磨性和耐腐蚀性的影响规律。当Cr和Nb的含量为5wt%时,熔覆层的低膨胀特性最为明显,熔覆层在保持硬度升高的同时弹性模量明显降低,提高了熔覆层耐磨性和耐蚀性。产生低膨胀特性的熔覆层的显微组织得到明显优化,力学性能显著提升,增强了熔覆层的韧性和抗裂性。（4）揭示了低膨胀特性对微观界面裂纹抑制的机理。分析了交变磁场对熔覆层显微形貌和元素分布的影响规律。分析了外磁场诱导低膨胀特性对激光熔覆层金属相和陶瓷相力学性质的影响规律。研究发现,低膨胀特性能显著优化熔覆层微观组织,降低了晶体在生长过程中的晶格失配现象和裂纹敏感性。磁场通过优化显微组织,提高了熔覆层的硬度。低膨胀特性的产生导致了熔覆层具有高硬度和低弹性模量,使得界面更具弹性,从而提高了熔覆层的韧性。同时,磁场减少了熔覆层凝固过程中产生的裂纹和气孔等缺陷,从而有利于熔覆层力学性能的改善。外磁场诱导低膨胀特性增强了材料在磨损过程中抵抗塑性变形的能力,从而使激光熔覆层具有更好的耐磨性能。