17-4PH不锈钢强韧兼备、抗蚀性能优良且易于调整强度级别,因而在大容量轮机部件、核反应堆部件等重要装备中应用广泛。因采取传统强化手段无法同时兼顾优良表面性能与整体强度,本文以大容量汽轮机叶片17-4PH不锈钢为基材,采用半导体激光器,以先激光固溶再激光合金化的复合强化手段,获得了高硬度、抗气蚀性能好的复合强化层,其表层为合金化层,次表层为固溶层。通过对不同工艺参数下获得试样的宏观形貌与显微硬度的对比与分析,找到了最佳处理方案和工艺。经制样后,在透射电镜下,对激光复合强化层的组织形貌、元素分布及晶体结构进行分析,探寻微观强化机理。本文主要成果如下：(1)采用先激光固溶再激光合金化的复合强化技术,在17-4PH不锈钢基材表面制备复合强化层,厚度为1.5mm,沿深度方向由表及里依次为合金化层、结合区、固溶区、热影响区及基体。其中,合金化层厚度为0.2mm,平均硬度为625HV0.2；固溶区平均硬度为497HVo.2。(2)合金化层的晶粒细小,尺寸在0.2μm左右；且组织中原位生成的细小硬质W2C颗粒,呈弥散分布。细晶强化与硬质相强化是合金化层强化的最主要原因。(3)固溶区中观察到ε-Cu与NbC颗粒,尺寸为20nm,以切过机制与位错发生交互作用；还观察到M23C6颗粒,尺寸大于40nm,以绕过机制与位错发生作用。第二相的析出使固溶区得到强化,是最主要的强化方式。(4)固溶区组织中观察到长条状逆转变奥氏体,长约0.5μm；逆转变奥氏体的产生与spinodal分解是固溶区韧化的主要原因。本文的实验研究为更好地理解和改进激光固溶合金化复合强化处理及其工业实践提供重要的理论支持,为该技术投入实际生产提供了技术支持。