通过预置法实现在921A钢上激光熔覆制备高熵合金Al1.3FeCoNiCuCr涂层, 研究了以Mn为杂质元素时, 不同添加量对高熵合金组织、相结构和性能的影响。结果表明, 单纯Al1.3FeCoNiCuCr微观组织为简单的枝晶组织, 涂层仅由bcc相和fcc相组成, 没有金属间化合物。随着Mn的增加, Al、Ni和Cu的含量相应提高, Fe和Cr的含量则逐渐降低, 总体趋向于更加接近设计的成分；和所有其它元素不同之处是, Al明显偏析于枝晶内。XRD分析发现, bcc相的相对强度随Mn的增加而下降, 当Mn添加量达到w(Mn)＝3%时, bcc相基本消失。此外, Al1.3FeCoNiCuCr涂层显微硬度随着Mn含量的增加小幅降低, 当Mn添加量由0增加到w(Mn)＝4%时, 其平均显微硬度由HV0.2 581逐渐降低到HV0.2 547。

扒掌是路基处理车挖掘链的尖端零件, 用于将路基土层耙松并输送到物料处理单元。其工作过程中承受剧烈的磨损, 长期依赖进口。对进口扒掌的结构、涂层组织及性能进行测试, 完成了失效分析, 优化设计了扒掌结构及制造工艺。采用清华大学颗粒增强金属基耐磨材料, 完成了激光熔覆国产化样件研制。对样件激光熔覆涂层的组织、硬度及摩擦学性能进行了测试。并在专门开发的工况模拟试验机上将国产化样件与进口件进行了强化对比试验。试验结果表明, 采用激光熔覆强化及改进结构的扒掌寿命优于进口部件, 成本大幅降低, 可替代进口件。

研究了铌、铬对激光熔覆制备的铁基颗粒增强复合涂层组织和性能的影响。在FeCSiB系熔覆粉末中复合添加Ti、W、Nb、Cr等碳化物形成元素，通过激光熔覆制备原位合成颗粒增强复合涂层。研究表明，单独及复合添加铌、铬均能获得显微硬度均匀分布且成形良好的熔覆层。通过改变铌和铬的含量和配比可以有效改变颗粒相的分布情况。单独添加铌时，熔覆层显微硬度随着铌含量的增加先减小后增大；单独添加铬时，随着铬含量的增大，熔覆层显微硬度呈下降趋势。抗冲击磨损性能与材料的韧性有关，微米级碳化物颗粒对涂层抗冲击磨损性能的提高并没有促进作用。

通过激光加工结合电化学腐蚀脱合金法，成功实现了纳米多孔涂层的制备。首先在45#钢表面制备了成形良好、稀释率低的Cu-Mn合金熔覆层。采用激光快速重熔工艺对初始材料组织进行细化，并对不同微观组织的合金涂层进行脱合金处理。研究表明，通过电化学腐蚀工艺的选择与优化，使惰性元素Cu优先溶解，成功实现了纳米多孔Mn涂层的制备。初始材料组织的细化与成分的均匀化显著提高了Cu-Mn合金涂层的纳米多孔成形能力。优化工艺条件下，纳米多孔Mn涂层呈现出三维连通的网状多孔结构特点，多孔结构厚度达到2 μm。

在合金灰铸铁基体上利用新型镍基粉末进行侧向送粉激光合金化制备原位合成颗粒增强高镍复合涂层，探究适用于合金灰铸铁送粉激光合金化的工艺参数。在合金灰铸铁气门座圈表面利用侧向送粉激光合金化进行小批量试制。重点解决了气门座圈强化层出现的硬度过高、加工裂纹、气孔缺陷等问题，制备出无气孔缺陷、硬度较低，满足技术要求的强化层，实现对合金灰铸铁气门座圈的激光强化。

采用自主开发的材料体系对5CrMnMo钢堆焊层表面进行了激光合金化处理。研究了堆焊层激光合金化处理后的组织和显微硬度。在优化的工艺参数下，获得了表面光洁、与基材形成良好冶金结合的强化层。合金化层平均硬度HV750。应用于热锻模具，斯太尔曲轴切边模寿命提高了60%。研究与生产应用表明，激光制备的原位合成颗粒增强表层微观结构和激光合金化层堆焊层5CrMnMo钢基材形成连续的宏观梯度组织结构，是模具服役寿命提高的关键因素。

激光制备高熵合金涂层对于拓展性能优异的高熵合金在表面改性中的应用具有重要意义。采用激光熔覆的方法，在45#钢基体上制备了成形良好的AlCoCrNiMo涂层，证实了激光制备AlCoCrNiMo高熵合金涂层的可行性，并研究了激光熔覆工艺参数和Al含量对AlCoCrNiMo高熵合金涂层的成形质量、微观组织结构、硬度的影响规律。结果表明，在无保护气体、涂覆厚度较薄、能量密度适宜时，可以得到成形质量良好的AlCoCrNiMo高熵合金涂层；涂层组织由共晶体和网状联接物组成，平均硬度在950～1250HV0.2之间，在800℃下仍能保持700HV5的硬度，随着工艺参数的不同，涂层的组织、硬度会有一定的差异；随着Al含量的增加，AlxCoCrNiMo涂层的相结构变得简单，网状联接物的耐腐蚀相减少，硬度降低，但涂层的硬度始终在950HV0.2以上。

在合金灰铸铁表面预置高镍粉末，采用激光合金化技术进行了制备原位合成颗粒增强复合涂层的研究。在添加强碳化物形成元素和RE2O3条件下获得了成形好、无缺陷、与基体形成冶金结合且硬度较低的合金化层。合金化层微观组织呈亚共晶介稳态，由奥氏体、莱氏体及弥散分布的大量复合碳化物颗粒相组成。颗粒相富含Ti、Zr、Mo、W元素，颗粒尺寸3～5μm，颗粒分布密度达6.65×10^3mm^-2数量级，合金化层显微硬度平均值约为Hv0.2450。

采用激光熔覆技术,通过在商用热喷涂粉末Ni25A合金粉末中复合添加强碳化物形成元素Ti、Zr和W并同时增碳,在45#钢基体上制备了原位析出的颗粒增强镍基复合材料涂层。重点研究了向熔覆粉末中添加不同的稀土氧化物对熔覆层组织的影响。研究表明,稀土元素可以改善原位合成颗粒的形态、尺寸和密度,在镍基涂层中Y₂O₃的作用显著优于轻稀土氧化物的作用。

运用激光熔覆的方法在中碳钢表面原位合成制备了颗粒增强铁基复合涂层。通过调整两种强碳化物形成元素Ti和Zr的相对含量,研究了不同配比下原位自生碳化物颗粒相的分布特征。结果表明,在总量一定的情况下,复合添加Ti和Zr可以提高颗粒分布密度和颗粒相面积比。其中,以Ti和Zr的质量比为1∶1时得到的颗粒密度最大、颗粒尺寸分布最均匀。同时对不同的颗粒分布状态下涂层的显微硬度进行了研究。