在不同介质条件下采用高功率密度激光照射花岗岩和砂岩, 分析激光工艺参数对岩石破碎比能和射孔尺寸的影响。结果表明, 干燥、饱和水、饱和钻井液三种花岗岩试样, 获得最小比能的激光功率分别是800、800和1 000 W, 而砂岩对应的激光功率分别是800、1 000和1 200 W。随着功率和照射时间的增加, 两种岩石的射孔尺寸逐渐增大。相同条件下干燥花岗岩试样的激光射孔尺寸最大, 饱和水试样次之, 饱和钻井液试样最小。对于砂岩, 激光功率一定时, 饱和钻井液试样的射孔尺寸小于另外两组试样。花岗岩原始抗拉强度为10.11 MPa, 三种介质条件下激光处理后抗拉强度分别降至5.82、4.12和5.02 MPa。原始干燥砂岩的抗拉强度约为5.07 MPa, 激光照射后抗拉强度降至2.36、2.07和1.06 MPa。此外, 激光处理后岩石可钻性级数也随之降低, 且花岗岩试样降低幅度大于砂岩。

利用有限元分析软件SYSWELD建立了三维有限元模型, 对不同预热温度下激光熔覆铁基涂层的过程进行了数值模拟, 分析了不同预热温度下温度场和组织转变的变化规律, 研究了冷却速度和组织转变对残余应力场的影响。结果表明, 预热温度越高, 熔覆层中心的峰值温度越高, 同时能有效降低熔覆层冷却速度。预热温度在20～300 ℃范围内时, 随着预热温度的增加, 熔覆层贝氏体含量逐渐增加, 铁素体和马氏体含量逐渐减少, 使得熔覆层残余应力增大; 预热温度高于300 ℃以后, 随预热温度增加冷却速度显著降低, 组织中铁素体含量逐渐增加, 贝氏体含量逐渐减少, 残余应力随之减小。

采用激光辅助机械破岩,激光束照射砂岩后再进行机械破岩,研究砂岩对激光热作用的敏感性规律并对其力学性能和可钻性进行研究.结果表明,激光照射砂岩表面时,离焦量和作用时间是影响钻孔直径和深度的重要参数,而激光功率主要影响钻孔深度.激光照射在砂岩表面形成具有一定直径、深度的破碎坑,由灰色瓷釉层和褐色热影响区组成.原始砂岩由石英、高岭石和伊利石组成,抗压强度为36.4MPa,属于低强度岩石.激光照射后灰色瓷釉层和褐色热影响区主要含石英和高岭石,且石英含量增加,随激光钻孔密度的增大,砂岩抗压强度和可钻性级数均降低.

采用激光熔覆技术在45#钢表面制备不同成分的铁基涂层，对比分析熔覆层的组织特征及性能。结果表明，激光处理后截面分为熔覆层、热影响区和基体三个区域，且熔覆层与基体呈冶金结合。激光熔覆层由底部到表层依次由柱状树枝晶、少量的柱状树枝晶和树枝晶、细小的树枝晶以及M23C6型碳化物组成。X射线衍射结果表明，随着B4C和Ti含量增大，奥氏体含量逐渐降低，马氏体含量逐渐增加，熔覆层的显微硬度和耐蚀性能逐渐提高。但当Ti含量达到4.5%时，组织发生明显变化，由底部到表层由少量的胞状树枝晶、细小树枝晶和梅花状树枝晶组成，且熔覆层硬度及耐蚀性最佳。

通过在45#钢表面激光熔覆SDFe55合金粉末，制备高硬度(850 HV0.2)铁基涂层，采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电子探针(EPMA)以及腐蚀实验设备研究激光熔覆层组织、成分及耐蚀性。结果表明，激光熔覆铁基涂层成型性良好，无裂纹、气孔等缺陷，熔覆层与基体呈冶金结合，由γ(Fe，Ni)和M23C6型碳化物组成。由于大量奥氏体组织、致密细小的枝晶的生成以及碳化物的弥散分布，使激光熔覆层的耐蚀性较45#钢提高。此外，熔覆层晶界处Fe元素含量略低，Cr、Mo元素在晶界处含量略高于晶内，Ni元素在整个熔覆层中均匀分布，合金元素成分分布相对均匀对熔覆层的韧性和耐蚀性起到积极作用。

通过在Fe基合金粉末中添加Cr3C2的方法，在35CrMo钢表面激光熔覆制备抗高温氧化Fe基合金复合涂层。采用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等分析手段对激光熔覆层600 ℃氧化100 h后的氧化膜形貌及成分进行分析，研究不同Cr3C2含量对抗高温氧化性能的影响。结果表明，激光熔覆Fe基合金涂层组织均匀致密，与基体结合良好，无裂纹、气孔等缺陷。在600 ℃下，Fe基合金涂层和添加Cr3C2的Fe基合金涂层的抗高温氧化性能均明显优于基体，其累计氧化增重及增重速率远远小于基体。Fe基合金熔覆层600 ℃氧化后表面形成了FeCr2O4尖晶石氧化物，具有较好的抗氧化能力。由于添加的Cr3C2熔覆过程中发生分解，使熔池中Cr元素含量提高，高温下试样表面形成连续完整的Cr2O3氧化膜，故添加Cr3C2的熔覆层的抗高温氧化性能提高。

采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)仪等分析手段对560,650和800 ℃下高铬钢激光熔凝前后磨损面的形貌、化学成分及氧化膜形态和物相进行了分析,研究了不同温度下的磨损机制及耐磨机理。结果表明,激光熔凝处理使高铬钢中脆性碳化物完全溶解,熔凝层生成致密的奥氏体枝晶及细小的M23C6型晶间碳化物。560 ℃时高铬钢发生磨粒磨损,磨损面出现大量细小的犁沟和碳化物颗粒,激光熔凝处理后失重量降低,表面以磨粒磨损为主,并伴随轻微的粘着现象。650 ℃时高铬钢因发生严重粘着导致增重,激光熔凝试样表面发生均匀氧化,形成具有固体润滑作用的氧化物保护层,抗粘着能力增强;800 ℃时高铬钢激光熔凝前后均增重,且熔凝试样的增重量较低,二者的磨损机制均为粘着磨损。

对35CrMoA钢进行激光淬火渗氮复合处理,采用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、显微硬度计及磨擦磨损试验研究了激光淬火/渗氮层的显微组织、硬度及耐磨性能,并与气体渗氮层对比。结果表明,两种渗氮层均由ε相,相,Cr2N相及Fe3C组成。激光淬火/渗氮白亮层中ε-Fe3N含量较高,而脆硬的ζ-Fe2N相及Fe2O3含量较低,且Cr2N颗粒细小。扩散层中-Fe4N中存在超点阵结构,Fe原子和N原子在相中有序排列,相和α-Fe相存在一定的位向关系,二者的共格性和相容性优良,细小渗碳体分布在条状下贝氏体组织中。激光淬火/渗氮试样的磨损表面划痕较浅,而气体渗氮试样表面有较深的犁沟,局部区域存在剥落,激光淬火/渗氮复合处理使渗氮层深度增加,硬度提高,耐磨性增强。

利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和X射线衍射（XRD）等手段对高铬钢轧辊激光熔凝层的显微组织、相结构、回火稳定性及高温耐磨性能进行了分析。结果表明，高铬钢激光熔凝处理后剖面区由熔凝区、热影响区(HAZ)和基体组成。基体组织为回火马氏体和网状M7C3型碳化物，激光熔凝处理使基体中脆性碳化物完全溶解，表面熔凝区组织得到高度细化，呈现组织梯度，生成奥氏体和M23C6型碳化物，热影响区由隐晶马氏体、残余奥氏体和弥散的碳化物组成。激光熔凝区由于细晶强化、固溶强化和位错强化的共同作用，回火稳定性明显提高，560 ℃回火后出现二次硬化，峰值硬度达到672 HV。高温滑动磨损条件下激光熔凝层具有优良的耐磨性能。