阀门作为核电站的关键设备之一,其在核电站中的地位日显突出。对于核阀工作者而言,研制出更为先进的密封面堆焊材料、制定出更为理想的工艺方案,找到更为有效的表面改性方法是当前研究的重点之一。以Stellite 6为代表的Co Cr-A类钴基合金很好地满足了核阀密封面耐腐蚀和冲蚀、抗擦伤和划伤、高温红硬性等性能要求。和常规堆焊方法比较,在核阀密封面上采用激光熔覆Stellite 6钴基合金粉末技术可以获得组织更为致密、熔覆层硬度更高、覆层与基体结合牢固的钴基硬质合金涂层。但是,如何解决核阀密封面间的硬度差、如何有效进行大面积大厚度激光熔覆、如何进一步提高Stellite 6合金激光熔覆层的硬度及耐磨耐腐蚀性能,一直困扰着核阀工作者。本文在核阀密封面试样表面开展了Stellite 6合金单层单道和多层多道激光熔覆及高温、高束流密度条件下Stellite 6激光熔覆层的N+注入实验和分析研究。在316L奥氏体不锈钢法兰盘上开展了Stellite 6合金单层单道和多层多道激光熔覆的实验,获得了组织连续、均匀、致密、与基体形成良好冶金结合的熔覆层。在实验基础上,通过分析Stellite 6合金单层单道激光熔覆道横截面几何参数、显微硬度曲线与激光加工参数之间的关系,得到与拟合模型很好吻合的熔覆道截形曲率半径的计算模型,构建了等厚度熔覆条件下以熔覆道截面积为目标函数、以激光输出功率及扫描速度为设计变量的优化设计模型,为降低核阀钴基合金用量提供了科学依据和设计方法。采用同步送粉法,探索了在核阀密封面上开展大面积大厚度激光熔覆的可行性,在激光功率P=2500W,扫描速度v=5mm/s,光斑直径D=5.05mm,离焦量H=20mm的条件下。双层4道和双层8道不会出现宏观气孔和裂纹的现象,熔覆搭接道数的增加会降低熔覆层表面的平整度以及覆层与基体的结合强度,熔覆层显微组织从结合区到表层依次由平面晶向胞状晶、树枝晶、等轴晶过渡,熔覆道数的增加会使覆层显微硬度略微降低,但不会影响熔覆层显微硬度整体曲线的形态。在高温、高束流密度及大剂量条件下对Stellite 6激光熔覆层进行N+注入,实验结果表明,N+在覆层中的注入深度达到15μm,较常温、中等束流密度、中等剂量条件下注入深度提高两个数量级,且浓度分布呈准高斯状;注、未注试样的表面粗糙度检测对比结果表明,N+的轰击和溅射作用改善了覆层表面粗糙度Ra、Rz、Rsm的参数值及支承条件,提高了密封面的抗腐蚀、抗裂纹能力;XRD物相检测分析结果表明,注入覆层中产生了大量呈弥散分布的氮化物如微晶态的Fe3N、细小的Fe2N和Fe Nm(m<1)以及一定量的Cr3N0.4C1.6;N+注入引起的析出强化、固溶强化和微晶强化作用使得覆层显微硬度显著提高;摩擦磨损实验研究结果表明,化学成分和合金相的改变、显微硬度的提高、表面粗糙度的改善及位错网向堆焊层内部的推移是Stellite 6激光堆焊层在N+注入后耐磨性能得以明显提高的主要原因;电化学腐蚀实验研究结果表明,高温、高束流密度、大剂量N+注入在熔覆层表面形成的高密度缺陷、无序态、微晶态氮化物的产生、Rsm大幅度减小等,有效地提高了熔覆层的耐蚀性。硬度差的改善,耐磨及耐腐蚀性能的提高对于高参数阀门的生产制造有参考价值。