热作模具在服役过程中,往往受到较大的高温冲力、金属流动的强摩擦力和交变载荷的循环作用,会造成表面的磨损、疲劳和氧化等失效,不仅影响产品的质量和生产效率,而且也会给企业带来巨大的成本压力。因此通过激光熔覆技术在模具表面制备一层耐磨抗高温的熔覆层,从而提高模具的使用寿命,将具有重要的社会和经济效益。本文采用原位合成法,以钛铁、碳化硼、铬铁、钼铁和还原铁粉为原始粉末,在5CrNiMo钢表面制备了一层高性能的涂层。利用金相显微镜、显微硬度计、X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪、环-块磨损试验机和箱式电阻炉等测试手段,系统分析了熔覆层组织与性能。通过在5CrNiMo钢表面单道重熔及多道熔覆成形试验,优选激光工艺参数。工艺参数定为热输入200J/mm,光斑直径2mm,预置涂层厚度1mm,搭接率30%,氩气流量12L/min。铁基熔覆粉末初步设计为Ti和B4C质量比为2.4：1,其中在熔覆粉末体系中钛铁的含量为60wt.%。此时获得的熔覆层表面成形良好,无气孔、夹杂、裂纹等缺陷。熔覆层的物相组成为α-Fe、TiB2和TiC。熔覆层硬度在深度方向上呈下降趋势,相较于基体有显著提高,在距熔覆层上表面1.3mm-1.5mm范围内,产生了回火软化区。研究了合金成分对熔覆层组织、硬度和耐磨性能的影响,并探讨了基体和覆层的磨损机制。研究表明,采用FeTi、CrFe和B4C制备的熔覆层,随着铬铁量的增多,熔覆层出现了少量的(Fe,Cr)7C3,其残余奥氏体数量呈增多趋势,熔覆层硬度先提高后降低趋势,在铬铁含量为12wt.%时达到最高值,为1027HV0.2。在铬铁含量12wt.%的基础上添加钼铁,熔覆层组织得到了细化,出现了TiB2-MoB和TiC-MoC的复合相。当钼铁含量为9wt.%时,熔覆层的硬度达到最高,之后出现下降趋势。基体和熔覆层的耐磨性与硬度表现出了一致的规律。5CrNiMo钢基体硬度较低、耐磨性较差,表现出塑形变形的粘着磨损。采用钛铁和碳化硼粉末制备的激光熔覆层耐磨性能有显著的提升,其磨损机制是以显微切削为主的磨粒磨损。添加铬铁后的熔覆层耐磨性有进一步的提高,其耐磨性比5CrNiMo钢基体提高3.2倍,比不加铬铁熔覆层提高2倍,表现为轻的显微切削,而铬铁和钼铁一起添加的熔覆层耐磨性能最好,其磨损机制为表面划擦。分析了基体及不同成分熔覆层的抗高温氧化性能。经600℃高温氧化后,基体和熔覆层的氧化动力学曲线均遵从抛物线规律,但基体表面氧化严重,氧化层疏松、多孔,甚至出现局部剥落现象,而熔覆层的氧化层致密,其累计氧化增重约为基体的1/2。随着铬铁的加入,其氧化动力学曲线kp值大为减小,表明熔覆层的抗高温氧化性能得到提高。适量添加钼铁后熔覆层表现出优越的抗高温氧化性能。但钼铁含量过多时,会造成熔覆层的抗高温氧化性能变差。