采用2 kW CO2激光器对20Cr2M4W钢进行了激光表面钴合金化的实验研究.利用扫描电镜、电子探针、X射线衍射、透射电镜、显微硬度计等手段分析了合金化区域的成分、组织和性能.结果表明:当激光功率为1.4 kW,扫描速度为100～250 mm/min时,激光表面钴合金化可获得含钴均匀的合金化层,合金化层热疲劳性能比基体材料提高1倍以上,生成的氧化膜不易脱落;合金化层的室温硬度提高HV50以上;在700℃时,Co含量为8.08%合金化层的高温硬度提高HV36.因此,激光表面钴合金化在热作工具钢的表面性能优化领域有着可喜的应用前景.