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采用同步送粉式激光熔覆工艺在齿轮用钢表面分别进行了单道单层、多道单层、多道多层熔覆Ni基合金粉末涂层的实验。利用金相显微镜及扫描电镜等观察了熔覆层显微组织及微观形貌，利用能谱仪和X射线衍射仪进行了熔覆层微区成分分析和相分析，利用显微硬度计测试了熔覆层显微硬度。通过对单道单层激光熔覆试样宏观形貌及微观组织的观察及分析可知：各试样熔覆层宏观质量良好；熔覆层与基体形成了良好的冶金结合；熔覆层组织均匀致密并呈现出垂直于界面的定向凝固特征，从结合区到表面依次为平面晶、胞状晶、粗大枝晶、细小枝晶等；熔覆层组织以γ-Ni固溶体为基，上面分布多种碳化物及金属间化合物。通过显微硬度测试及分析可知熔覆层显微硬度与绝对比能量有关，绝对比能量为12时硬度最高，可达610.6HV，为基体的4倍。通过正交分析可得到优化工艺参数为：送粉率7.1g/min，扫描速度2mm/s，激光功率3000W。观察并分析多道单层激光熔覆试样宏观形貌及微观组织后可知：各试样熔覆层宏观质量主要受搭接率影响，20%为最佳搭接率；熔覆层与基体结合方式为有白亮带的冶金结合，道与道之间结合为无白亮带的冶金结合；搭接区第二道熔覆组织生长方向复杂，有的垂直于第一道熔覆组织进行生长，有的沿第一道组织生长方向进行外延生长。显微硬度测试及显微组织分析表明由于“二次加热”作用搭接区的晶粒有明显长大，以致该区域显微硬度相比于不受搭接影响的区域有小幅度降低。由多道多层激光熔覆试样宏观形貌及微观组织的观察及分析可知：多层搭接熔覆成型质量取决于每一道熔覆层的加工质量是否符合要求；熔覆层与层之间为无平面晶的冶金结合，组织形态与单道熔覆组织基本相同，第二层组织的生长方式也是分为沿第一层外延生长及垂直生长两种。显微硬度测试及分析表明从基体与熔覆层结合区到熔覆层表面的显微硬度整体分布均匀，在层与层结合区域有一定程度的降低，最高降幅大约为10%，基本不影响整体熔覆质量。利用激光表面处理技术在齿轮用钢基体上大面积熔覆Ni基合金的关键技术在于激光加工参数的优化。研究表明：送粉率7.1g/min，扫描速度2mm/s，激光功率3000W，光斑尺寸10mm×1mm，搭接率20%为能获得大面积优质激光熔覆涂层的最佳工艺参数。在该工艺参数下得到的熔覆试样宏观质量良好，熔覆层厚度为0.96mm，微观组织均匀致密，显微硬度为450HV。