采用激光熔覆成形了304不锈钢，利用扫描电镜、X射线衍射及透射电镜技术，研究了熔覆层的组织形貌及相组成。结果表明：熔覆层主要由奥氏体（γ）相和FeCr（σ）相组成，σ相中Fe与Cr的原子数分数比接近1∶1；γ相呈细小、致密的枝晶状，σ相主要为长条状，宽度约为200 nm，分布在枝晶间隙处。在熔覆层快速凝固过程中，σ相从枝晶间的共晶铁素体（δ）中析出。枝晶间共晶形成的大量γ/δ界面有效降低了σ相的形核难度，同时，枝晶间Cr元素的富集促进了σ相的形成和粗化。因此，相比于不锈钢在固溶过程中析出的σ相，激光熔覆过程中析出的σ相形成时间更短，尺寸更大。

利用激光粉末沉积技术成功制备AlSi10Mg铝合金薄壁件。采用粉末负离焦和增大熔覆间隙停留时间的工艺策略，解决铝合金成形过程中熔覆层边缘粗糙、塌陷的问题，并分析薄壁件扫描和沉积不同成形方向上的显微组织和力学性能。结果表明：单道成形的最佳工艺参数为激光功率密度P=370 W/mm2、扫描速度Vs=1.2 m/min、送粉流量Vf=8.5 g/min。薄壁件边缘塌陷程度随熔覆间隙停留时间增大而减小，随着粉末离焦量增大而增大。薄壁件扫描方向的显微组织为细碎的枝晶和少量的等轴晶，沉积方向为粗大的枝晶。薄壁件扫描方向的硬度可达130 HV，抗拉强度可达280.12 MPa，延伸率为12.12%，明显优于沉积方向。

采用激光熔注技术在Ti-6Al-4V表面制备了ZrO_2p热障涂层,利用X-射线衍射、电子背散射衍射及扫描电镜技术,研究了激光熔注过程中ZrO₂颗粒的组织演变规律。结果表明:通过原子固态扩散,团聚态ZrO₂颗粒内的微粒尺寸增大,并由球状变为多面体状;激光熔注后,ZrO₂颗粒中未发现单斜相(m-ZrO₂);35%的稳定四方相(t'-ZrO₂)转变为立方相(c-ZrO₂);内应力降低,导致90%的正交相(o-ZrO₂)转变为c-ZrO₂。单个微粒内同时存在块状和纳米颗粒状t'-ZrO₂和c-ZrO₂,残留的o-ZrO₂集中分布于微粒界面。ZrO₂的组织演变使得微粒间的结合强度降低,促使ZrO₂大颗粒离散成细小颗粒,提高了涂层的防热性能。

研究了K452高温合金激光增材修复时的开裂特性及液化裂纹产生机理,采用低热输入脉冲激光工艺控制液化裂纹的产生,研究了修复区域的显微组织和力学性能。结果表明,K452高温合金在激光增材修复过程中容易产生液化裂纹,裂纹通常起源于热影响区且沿晶界向基体和修复区域扩展;拉应力作用下热影响区晶界上的液膜形成了液化裂纹。低热输入脉冲激光工艺可以有效控制液化裂纹的产生,脉冲激光修复试样修复区的平均硬度为267.9 HV;抗拉强度和屈服强度分别为814.3 MPa和685.8 MPa,略大于铸态基体的强度;延伸率为4.87%,略小于铸态基体的6.25%。低热输入脉冲激光工艺实现了无裂纹的开槽修复,铸态修复试样强度达到了铸态基体的强度标准,延伸率略低于铸态基体。

以铸造WC作为增强颗粒, 配合NiBSi自熔合金粉末, 采用激光熔注技术制备WC/NiBSi颗粒增强复合材料层。利用XRD、SEM和EDS对复合材料层的物相和微观组织进行表征分析, 利用维氏硬度计对复合材料层沿深度方向进行测试分析, 进行了室温干滑动摩擦磨损实验, 分析了复合材料层的耐磨损性能。研究表明, 复合材料层相组成主要有WC、W2C、M6C、(Fe, Ni), 碳化物主要以块状和破碎状存在于金属基体。复合材料层的平均硬度分别为525.04 HV0.2(L)、543.05 HV0.2(M)和564.92 HV0.2(H), 较基材有显著提升。复合材料层的磨损体积分别为淬火态H13钢的45%(L)、33%(M)和21%(H), 耐磨损性能优异。

利用激光增材制造技术成形了薄壁结构件，采用粉末负离焦的方法解决了薄壁结构件成形过程中两端塌陷的问题，并分析了薄壁结构件的显微组织和力学性能。结果表明，当激光功率为1400 W，扫描速率为0.6 m·min-1，送粉速率为9.5 g·min-1时，获得了理想的单道熔覆层形貌。当单层提升量为0.57 mm时，薄壁结构件的表面无粘粉，无氧化色。熔覆层的高度和粉末利用率随粉末正负离焦量的增大而减小。薄壁结构件的显微组织主要为外延生长的树枝晶，离基体较近部位的枝晶较为粗大，而顶部为等轴晶组织。薄壁结构件的硬度高于基体的，且离基体较近部位的硬度较小。

研究了单晶高温合金的修复工艺对枝晶生长的影响，分析了不同底角V形槽对激光修复枝晶生长的影响。通过在DD5试样上进行激光熔覆来确定合适的工艺参数，发现减小热输入有利于扩大定向枝晶区域。DD6的搭接实验结果表明30%的搭接率有利于减小搭接区域的杂晶。选用合适的工艺参数对DD5试样的不同底角V槽进行修复。结果表明，V形槽底角在60°~120°的范围内变化时，底部枝晶生长方向变化不大,但侧壁附近杂晶会随着熔池温度的梯度方向与最优生长方向夹角的增大而减小。当V槽底角为120°时，侧壁区域不产生杂晶。

采用光纤激光-熔化极活性气体保护焊(MAG)复合焊接进行X80管线钢6 mm厚根部的打底焊接，以实现单面焊双面成形。对工艺规范参数优化后的焊接接头进行宏观成形分析和显微硬度、拉伸、冲击、弯曲等力学性能研究。在此基础上，重点研究了激光-MAG复合焊热循环对打底焊焊缝接头微观组织的影响。结果表明，在优化的工艺参数范围内，可获得成形良好、无缺陷的焊缝；焊缝截面呈高脚杯状，可分为电弧作用区和激光作用区；电弧作用区的硬度高于激光作用区；拉伸试样断裂于母材；电弧作用区焊缝组织主要为针状铁素体和少量的先共析铁素体，激光作用区焊缝组织主要为针状铁素体和贝氏体类型组织(上贝氏体+粒状贝氏体)；激光作用区和电弧作用区的热影响区组织差异不大，但电弧作用区的过热区明显宽于激光作用区。

采用激光熔注(LMI)技术在Ti-6Al-4V表面制备了WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料(MMC)层，对其形成机制进行了研究。研究结果表明，WC颗粒在复合材料层中的分布与其初始速度v0、穿越熔池表面最小临界速度vmin以及熔池粘度η有关。由于WC陶瓷颗粒密度大，在激光熔注过程中具有较高的动能，熔池粘度不再是决定梯度复合材料层形成的关键因素。对于WC/Ti材料体系，熔池凝固前沿是形成WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料层的重要因素，复合材料层不同深度范围内WC颗粒的数量由这一深度熔池凝固前沿长度所决定。WC颗粒注入位置对其在复合材料层中的分布有很大影响。在WC颗粒由熔池后部“拖尾”注入的情况下，该区域熔池深度较浅，WC颗粒遇到的熔池凝固前沿位于较高的位置，大多数WC颗粒被“冻结”在复合材料层的上部，进而形成了WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料层。

采用激光熔注(LMI)技术在Q235钢表面制备WC颗粒增强的金属基复合材料(MMC)层。在激光熔注工艺特性和熔注层宏观特征分析的基础上, 采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对激光熔注层微观组织结构进行了分析。结果表明, WC颗粒注入到熔池的整个深度和宽度范围内, 并且在熔注层中的分布比较均匀。WC颗粒的加入改变了熔池的化学成分, 熔注层中出现了新相Fe3W3C。在熔注层上部存在较多Fe3W3C枝晶和少量枝晶间共晶, 在熔注层下部枝晶数量减少, 共晶数量明显增多。激光熔注层中不同WC颗粒周围反应层的尺寸和形貌存在很大差别。WC颗粒注入位置是决定反应层尺寸的重要因素。