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H13钢因其具有优良的综合性能,是搅拌摩擦焊中常用的搅拌头材料。在搅拌摩擦焊接过程中,搅拌头的工作层容易产生高温变形和磨损而导致搅拌头失效,限制了该技术的应用和发展。因此,改善搅拌头材料H13钢的表面性能,延长其使用寿命、扩大其在高熔点材料焊接中的应用就显得尤为重要。众所周知,所有的失效都是从表面开始的,因此,本文通过激光熔覆技术制备梯度熔覆层,对H13钢的表面进行改性处理来提高H13钢的性能,以期为磨损搅拌头的修复和直接成型制造奠定基础。本文选用镍基和钴基合金作为熔覆材料,并添加了WC、TiCN等增强粒子。通过正交实验,优化激光熔覆的工艺参数,最优参数为离焦量20mm、频率30Hz,扫描速度100mm/min、脉宽2.0ms、单脉冲能量6.46J,搭接率30%。在此工作的基础上,制备梯度熔覆层,并通过相应的检测手段对其微观组织结构、显微硬度分布、耐摩擦磨损性能以及耐高温氧化性能等进行了测试分析,得到的结论如下所示。WC和TiCN增强的Co基和Ni基熔覆层的微观组织均大致保持了从底部到顶部逐渐细化的趋势,增强相WC和TiCN含量的增加有利于细化组织结构,两种增强相对Co基熔覆层组织分布影响不明显。而Ni基熔覆层的组织均匀性受到增强颗粒的影响较明显。TiCN增强的Ni基熔覆层比WC增强的Ni基熔覆层表现出更好的组织均匀性。另外,梯度熔覆层的组织呈现更均匀的分布状态。WC和TiCN增强的Co基和Ni基熔覆层显著地提高了H13钢的硬度。梯度熔覆层的设计不但获得了更高的显微硬度值,还改善了显微硬度的梯度分布,三层梯度熔覆层的显微硬度呈现出更平缓的梯度下降,这种分布有利于防止熔覆层的性能突变。比较分析可知,同等条件下,WC增强的Co基和Ni基熔覆层的显微硬度高于TiCN增强的熔覆层,各种熔覆层的硬度值从高到低依次是：WC增强Co基涂层,WC增强Ni基涂层,TiCN增强Co基涂层,以及TiCN增强Ni基涂层。与H13钢基底相比,梯度熔覆层表现出更优越的耐磨性能。WC和TiCN增强的两层和三层梯度熔覆层的磨损失重远小于H13钢和单层熔覆层,进一步表明梯度熔覆的设计有利于改善H13钢的耐磨性。H13钢基底的磨损机制主要是黏着磨损,单层Co基熔覆层表现为粘着磨损和磨粒磨损形貌,单层Ni基熔覆层表现为粘着磨损,而WC和TiCN增强的两层和三层的梯度熔覆层则主要表现为磨粒磨损。WC增强的熔覆层较TiCN增强的熔覆层表现出更优良的耐磨性。激光熔覆梯度涂层提高了H13钢的耐高温氧化性。熔覆材料(Co、Cr、Ni等)在H13钢表面生成的氧化膜细密,阻止了氧元素的进一步扩散。梯度熔覆层的设计提高了熔覆层的抗氧化性。对比分析发现,Co基熔覆层较Ni基熔覆层具有更优良的耐高温氧化性,而增强相WC在提高熔覆层的耐高温氧化性方面优于TiCN增强相。