45钢常常被用于制造交变负荷等高强度运动条件下的重要零部件,例如压缩机的活塞、轴、齿轮、连杆、螺栓等。这些关键零部件在实际工作中通常会因为表面磨损、腐蚀、氧化、断裂等情况而失效。零件的失效不仅会增加成本,甚至会造成严重的安全事故。为缓解零件失效问题,学者们通常采用增材制造方式对零件表面进行修复,其中又以激光熔覆技术尤为普遍。尽管经过几十年的发展,但人们使用激光熔覆技术进行加工时还是会面临许多问题。例如激光熔覆过程具有极强的非线性,不同的工艺参数或不同的材料对涂层形貌影响较大,对于材料和工艺参数的选取一般只能依靠主观经验;针对激光熔覆涂层的质量,人们往往只是从某几个彼此独立的角度展开研究,一方面具有片面性,另一方面也没有打破这种抽象的模糊概念。本文利用同轴送粉激光熔覆技术在45钢上熔覆316L不锈钢涂层,通过响应曲面法结合数学规划探索了熔覆层形貌的成形规律,并对形貌进行了优化。同时首次利用模糊综合评价模型对熔覆层质量进行全方位评价,打破了固有的模糊概念。主要研究内容及结论如下:通过设计全因子试验方案并进行试验,采用熔覆层平均高度、熔池平均深度、平均稀释率、表面平均高度差4个指标并测量大量的试验样本数据。使用响应曲面分析方法并设置95%的置信水平将试验数据进行深度分析,求出4个指标与工艺参数之间隐藏的数学表达。从标准化效应图可知:扫描速度对熔覆层平均高度的影响最为显著,激光功率对熔池平均深度的影响最为显著,熔覆头到基体的距离对基体平均稀释率的影响最为显著,扫描速度对表面平均高度差的影响最为显著。利用数学规划方法对工艺参数所有排列组合情况进行动态规划,将响应曲面法求出的4个数学表达式作为数学规划中的目标函数。借助蒙特卡罗方法和层次分析法将4个目标函数转化为1个新的目标函数。设置上述4个指标的最优值分别为0.7mm,0.15mm,0.075,0mm,并在约束条件内让目标函数进行寻优计算,结果显示涂层形貌最优时工艺参数对应为激光功率等于880.5W,扫描速度等于5.5692mm/s,搭接率等于21.28%,熔覆头到基体的距离等于1.509mm。试验验证理论分析结果,结果表明熔覆层光亮平整,涂层形貌符合预期要求。采用模糊综合评价模型,从宏观形貌、微观组织、力学性能三方面建立一级评价指标。其中宏观形貌一级指标包括熔覆层平均高度、熔池平均深度、平均稀释率、表面平均高度差4个二级评价指标;微观组织一级指标包括枝晶尺寸、孔隙率、裂纹密度3个二级评价指标;力学性能一级指标包括熔覆层与基体的硬度比、摩擦系数、磨损量3个二级评价指标。利用层次分析法对不同等级的评价指标进行赋权。依据已有经验设置每个指标对应不同质量等级的数值范围并建立二者之间的隶属关系函数。对试验样本的质量进行了综合评价,将原本模糊的定性分析变为了定量表达,并由此对所有工件的涂层质量进行了排序。本文对45钢表面激光熔覆涂层的形貌预测、优化、质量评价进行了综合研究,取得了预期效果,同时给多道激光熔覆技术的应用提供了帮助。