为研究无吸收层激光喷丸工艺对铝合金耐腐蚀性能的影响，选用3 mm光斑直径与50%搭接率，分别在1.1 GW/cm²与2.6 GW/cm²的激光功率密度下，采用Nd∶YAG脉冲激光对2024-T351铝合金试样表面进行喷丸处理，结合表面形貌、化学成分、微观组织、物相、残余应力等，探索了不同激光功率密度下试样在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的电化学腐蚀行为。结果显示：经过功率密度为1.1 GW/cm²的无吸收层激光喷丸处理后，试样表面形貌与微观组织得到了改善，表面形成了凸起与孔洞交错的多级结构及2~3 μm厚的致密重熔氧化层，深度方向出现晶粒细化现象，在100 μm深度处出现最大残余压应力。此外，相较于未处理试样与2.6 GW/cm²喷丸试样，1.1 GW/cm²喷丸试样的腐蚀电流密度分别降低了97.30%与82.46%，同时腐蚀后试样表面保持着完整的具有多孔特征的微纳结构，展现出最佳的抗腐蚀性能。无吸收层激光喷丸工艺显著提高了2024-T351铝合金表面的耐腐蚀性能。

激光-超声复合喷丸强化方法利用超声冲击波与激光冲击波复合效应调控微观组织与表面残余应力，进而改善金属材料的表面性能。以2024-T351铝合金为研究对象，开展了激光-超声复合喷丸强化实验，使用扫描电子显微镜分析了激光喷丸(LSP)、超声喷丸(UIP)与LSP＋UIP诱导的微观组织特征，并实验研究了LSP、UIP与LSP＋UIP对表面形貌、粗糙度、显微硬度、残余应力的影响规律。结果表明，相较于LSP，LSP＋UIP可显著降低材料表面粗糙度，同时促进表面晶粒细化，表面残余压应力幅值与表面显微硬度分别增加了25.8%与12.9%，获得了更优良的表面性能。

基于激光熔覆同轴送粉成形技术，利用316L不锈钢粉末和镍基718高温合金粉末制备二维突变梯度材料。通过电子探针检测技术在宏观层面分析整个试样的元素变化规律，通过扫描电镜及其附带的能量色散谱仪在微观层面分析界面处的微观组织及元素变化规律。结果表明：在宏观分析时元素含量突然变化，在微观分析时发现存在长约500 μm的过渡区间；界面处显微硬度变化显著，微观组织逐渐变化，但镍基718高温合金侧元素偏析明显，以Laves相和碳氮化物为主，316L不锈钢侧以胞状晶为主，且含有少量碳氮化物。

为了研究深冷激光喷丸(CLP)对TC6钛合金阻尼特性及振动疲劳寿命的影响,分别在室温(25 ℃)和深冷温度(-130 ℃)条件下进行激光喷丸实验,然后采用透射电子显微镜(TEM)对激光喷丸处理前后试样的微观组织进行观察,采用频率响应法对试样的阻尼比进行测试,并采用液压振动疲劳测试系统对强化后的试样进行振动疲劳测试,分析CLP处理对试样阻尼特性的影响机制及其与疲劳寿命的关系,最后采用扫描电子显微镜(SEM)对试样的振动疲劳断口进行观察。结果表明:CLP处理在试样表层产生了大量的位错和形变孪晶,可以有效提高TC6钛合金试样的阻尼比及振动疲劳寿命。

为了获得纳秒激光除锈工艺规律并揭示除锈机理, 研究了不同工艺参数下激光除锈后AH32船用钢的表面形貌与粗糙度。采用纳秒脉冲激光器在不同工艺参数下对试样表面锈层进行激光清洗, 使用激光共聚焦显微镜测量清洗表面粗糙度, 基于扫描电镜观察清洗表面微观形貌, 借助能谱分析仪进行清洗表面元素分析。最后, 结合试验结果揭示了AH32船用钢的纳秒激光除锈机制。试验结果表明: 在3 000 mm/s的扫描速度下分别采用30.6 J/cm2和10.2 J/cm2的激光能量密度对AH32船用钢表面锈层进行分步激光清洗, 可以显著改善清洗形貌并降低表面粗糙度。微观形貌分析发现在上述清洗条件下, 基体表面呈现微熔状态, 光斑内部光滑均匀, 边缘分布枝晶状乳突结构。分步激光清洗工艺可以获得较好的清洗效果和较高的清洗效率, 其除锈机制主要包括孔洞爆破机制和烧蚀蒸发机制。

采用纳秒脉冲激光对Al2O3陶瓷进行激光铣削实验。使用响应面二阶回归模型建立铣削工艺参数与表面粗糙度、铣削深度之间的变化关系,通过灵敏度分析方法识别影响表面粗糙度和铣削深度的关键工艺参数;以最小化表面粗糙度和最大化铣削深度为优化目标,利用遗传算法确定理想的工艺参数组合,并进行实验验证。结果表明:基于响应面法的数学模型预测能力较强,铣削次数及搭接率对表面粗糙度和铣削深度的影响最为显著,优化参数下表面粗糙度与铣削深度的预测值分别为10.471 μm和120.526 μm,实验值分别为10.835 μm和131.277 μm,相对误差分别为3.36%和8.19%。

为了研究激光除漆工艺规律并优化工艺参数,采用纳秒脉冲激光器对304不锈钢基体表面的丙烯酸树脂漆进行激光清洗实验。采用扫描电子显微镜与X射线能谱仪分别对激光除漆后的表面微观形貌与成分进行分析,并使用激光共聚焦显微镜对除漆后的表面粗糙度进行测量。基于响应面分析法,使用Design-Expert软件研究激光功率、扫描次数和光斑搭接率对激光除漆后表面微观形貌、成分和表面粗糙度的影响规律,并对除漆工艺参数进行优化。研究发现:光斑搭接率对表面成分的影响最为显著,而激光功率对表面粗糙度的影响最为显著;优化结果显示,当激光功率为19.18 W、光斑搭接率为46%、扫描次数为3次时,激光除漆的效果最佳。采用合适的工艺参数进行激光除漆,可以获得较好的清洗效果。

为揭示激光参数对纳秒脉冲激光除漆后表面形貌的影响规律,采用纳秒脉冲激光器对HT250铸铁表面水性防锈漆层进行激光清洗试验;研究了激光除漆后的表面形貌与氧含量的关系,以及激光除漆后表面的三维形貌、表面粗糙度;最后测量了残余漆层的面积,以此表征除漆率。结果发现:表面粗糙度随着激光功率的增大而增大,并随着除漆速度降低而呈现先减小后增大的趋势;随着脉冲频率的增大漆层发生焦化现象,清洗速度的减小使除漆机制由振动和烧蚀效应转变为以烧蚀效应为主,导致清洗率呈现先减小后增大的趋势;在本试验条件下,当激光功率为50 W、脉冲频率为90 kHz、除漆速度为7000 mm/s时,除漆效果最佳,除漆率为99.4%。

探究了深冷激光喷丸(CLP)对2024-T351铝合金微观组织的影响及其强化机理,利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征了2024-T351铝合金微观组织的演变规律。结果表明:相比于室温激光喷丸(RT-LP),CLP具有更加显著的晶粒细化效果,并在试样中产生了高密度位错以及更多、更细且均匀分布的黑色球状第二相,该相为S相(Al2CuMg);CLP试样的微观组织在深度方向上呈不同形貌的梯度分布,并且其基体层的微观组织优于RT-LP试样基体层的微观组织。CLP的强化机制主要包括两方面:一是深冷环境抑制位错的动态回复,并降低热激活能,从而促进了细化晶粒和第二相对位错的阻碍作用;二是深冷环境下试样的体积收缩效应产生的塑性变形和内应力,它们会产生显著的组织强化效果。

以W6Mo5Cr4V2(M2)高速钢刀具材料为试样，研究激光冲击对M2材料疲劳性能的影响。对M2试样进行激光冲击处理、金相组织观察、残余应力测量及疲劳性能检测等试验，分析激光冲击对试样表层材料微观组织、残余应力和疲劳性能的作用机理。结果表明，激光冲击后M2试样表层微观组织晶粒细化，晶界增多，形成位错与孪晶等晶格缺陷；激光冲击区产生一定深度的残余压应力层，横截面上的残余压应力由表及里逐渐减小，表面残余压应力值最大，距表面一定距离范围内，残余压应力值基本稳定；激光冲击前后，试样的平均疲劳寿命有显著提高，不同的激光冲击工艺参数对试样的疲劳性能产生不同的影响。激光冲击处理使M2高速钢表层材料得到强化，疲劳性能有效改善。