为了提高Al2O3/CoNiCrAlY涂层的抗高温氧化能力,采用激光熔覆的方法在K438合金的表面制备Al2O3/CoNiCrAlY涂层,并研究不同的能量密度对其微观结构及材料的高温氧化行为的影响。实验结果表明:在由α-Co、γ-Ni/Cr、Al2O3、Ni3Al以及Ni2Cr3组成的Al2O3/CoNiCrAlY涂层中,Al2O3的加入可以有效细化涂层的显微结构,且涂层经过1100 ℃高温氧化后晶界处形成AlN,涂层表面形成的氧化膜分为内层α-Al2O3氧化物和外层Cr2O3与(Co,Ni)(Al,Cr)2O4的混合氧化物。不同的能量密度下,涂层的高温氧化动力学曲线均符合抛物线规律,当能量密度为64.97 J/mm 3时,涂层的抗高温氧化性能最好。

利用半导体激光对AerMet100钢表面进行熔凝处理,研究了激光熔凝对材料结构、耐腐蚀性能以及耐磨损性能的影响。结果表明,通过激光熔凝可在AerMet100钢表面获得冶金质量良好、无裂纹的熔凝层;在750~1650 W功率范围内, 随着激光功率的增大, 熔凝层的厚度增大,熔凝层的硬度、耐腐蚀性及耐磨性均提高;当激光功率为1650 W时,其硬度、耐蚀性以及耐磨性达到最优;经过激光熔凝处理后,AerMet100钢未产生明显的物相改变,熔凝态中奥氏体含量减少,马氏体含量增加。

为提高Inconel 690合金管表面的耐蚀性和耐磨性，对合金管表面进行了激光熔凝渗氮处理,对处理后试样的微观组织、相组成、显微硬度及耐蚀性能进行了测试与分析，研究结果表明,激光氮化层主要由CrN、γ相等物相组成，氮化层具有较高冶金质量且无裂纹、气孔等缺陷，组织分布均匀、晶粒细小，显微硬度最高达到253 HV。经过激光熔凝渗氮处理后，合金管对Cl-表现出较好的腐蚀抗性，但对OH-的耐蚀性能轻微降低。

研究了添加Mn、Mo、Ti合金元素对激光熔覆FeNiCr+60%WC 复合熔覆涂层微观组织和磁性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)，能谱仪(EDS)，X 射线衍射仪(XRD)对熔覆层进行微观组织、成分及物相分析。利用振动样品磁强计(VSM)对熔覆层的磁性能进行测试。研究结果表明激光熔覆WC-FeNiCr 复合金层与基体具有良好冶金结合，表面无裂纹、气孔等缺陷。Mn、Mo、Ti合金元素的加入，使得复合涂层冶金反应及组织形貌更加复杂，Fe、Ni、Cr元素之间存在相互作用并与WC 之间存在互熔扩散，并生成了新的无磁相TiC，MoC，Fe-Cr(σ相)，Cr0.19Fe0.7Ni0.11，而且Mn、Mo、Ti合金元素的加入使复合涂层相对磁导率显著降低，复合涂层磁性能具有较强的稳定性。

采用光纤激光器, 不添加任何填充材料, 对6.0 mm厚5083铝合金和3.5 mm厚低碳钢板材进行激光深熔对接工艺试验, 研究激光偏移量对接头焊缝成形的影响。利用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪、拉伸试验机等研究接头界面的微观组织、显微硬度和抗拉强度。结果表明, 激光束偏移量Δd由0.3～0.7 mm变化时, 界面金属间化合物从21.0 μm逐渐减小到4.1 μm; 当激光偏移量为0.7 mm和0.3 mm时, 接头界面层的平均硬度分别为765.4 HV和671.3 HV。当激光偏移量为0.6 mm时, 接头抗拉强度强度最高, 平均抗拉强度为107 MPa, 达铝母材的60%。

为进一步提高CuAl10 合金激光熔覆层的耐蚀性能，研究添加不同质量分数的Ni对CuAl10 熔覆层组织及性能的影响。采用HPDL-D30半导体激光设备，用同步送粉的方式在316L不锈钢基体表面进行激光熔覆。借助扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X 射线衍射(XRD)对激光熔覆层进行组织、成分及物相分析，并使用显微硬度计进行硬度分析和电化学工作站进行耐蚀性能分析。研究结果表明：添加Ni元素的铜合金熔覆层与基体金属冶金结合，组织分布均匀；添加Ni能显著提高激光熔覆层的耐蚀性能，随着Ni含量的增加，其耐蚀性呈增强趋势，Ni质量分数为6.0%时，耐蚀性能达到最优；未添加Ni元素的熔覆层物相主要以α - Cu，α - Fe，AlFe3，Cu9Al4 组成，添加Ni元素的熔覆层物相主要由α -Cu，α -(Cu,Ni)，AlCu3，Cu9Al4组成。

为解决激光熔覆工艺制备Ni/Ni3Al基双性能材料过程中产生的裂纹问题并使之保持良好的力学性能，采用优化工艺参数获得了冶金质量良好的双性能样品。研究发现，对制备过程中裂纹产生的原因与机理进行分析，通过改变激光参数能够有效降低涂层的开裂倾向。采用扫描电子显微镜(SEM)和X 射线衍射(XRD)等检测手段对单层和多层涂层进行微观组织形貌、成分分析，物相表征，结果发现单层熔覆样品由于Ni基合金的稀释作用在涂层中形成了少量Al8Cr5和Al4CrNi15相，而进行多层熔覆后，涂层样品物相为单一的Ni3Al相，单一的物相组成可保持Ni3Al基材料优异的性能，更能充分体现双性能材料的特点。对激光熔覆制备双性能原始样品和经过870 ℃ 时效处理之后的试样分别进行硬度测试，结果表明，制备得到的双性能样品在较高温度下依然能够保持较高的硬度值。

使用光斑直径为3 mm的CO2激光器制备单一MoSi2熔覆层，通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)检测得出熔覆层内部长条枝晶主要为(Fe,Si)2Mo，枝晶间主要为α-Fe、Fe2Si两相共晶，涂层显微硬度在700 HV左右。通过积分镜变换改进光斑得到尺寸为6 mm×2 mm的宽带矩形光斑，再进行Ni/MoSi2混合粉末的激光熔覆，发现随着Ni基合金量的增加，裂纹率明显降低，得到Ni、MoSi2临界质量比为37，并通过热应力和稀释率计算证明宽带激光熔覆能够适当地减小热拉应力的产生，并在一定程度上降低稀释率。最后通过XRD，能谱仪(EDS)等检测得出Ni/MoSi2样品中高Mo枝晶主要为MoSi2相和NiMo相，高Mo含量枝晶处显微硬度为整个涂层最大值，达到861.9 HV，涂层显微硬度在750 HV左右，大大地改善了基体的相关性能。

利用激光熔覆技术制造高速线材轧辊为应用前提。轧钢领域的众多生产线各有不同,同一生产线上的不同位置的轧辊也具有不同形状,这种不同轧辊的熔覆基材就有着不同的加工情况,探索一种普适性的加工机理是必要的,这就要求不仅仅从理论上对熔覆过程进行分析,还要寻求一种测试、跟踪手段以适合于分析、监控加工过程的情况。对激光熔覆成形过程进行了理论分析,探求了熔覆过程中熔池的测试和跟踪方法,来跟踪、监测激光熔覆的成形过程。利用高速摄影仪对CO2激光熔覆成形过程中温度场进行研究,运用Matlab软件对高速摄影获得的图片进行灰度处理,研究了熔覆过程中熔池的温度分布情况,获得了可信的熔池温度梯度分布图。

高功率半导体激光器(HPDL)是新型先进装备,且体积小、电光转换效率高,在材料制备和加工方面具有良好的发展前景。使用3 kW高功率半导体激光设备,采用同步送粉的方式,在304不锈钢基体上制备絮状WC-Ni基超硬复合材料,获得了与基体冶金结合且无气孔和裂纹等缺陷的熔覆层。使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)对激光熔覆层进行组织、成分及物相表征。研究结果表明,采用半导体激光进行熔覆可获得WC较高质量分数(60%)且稀释率很低的WC-Ni超硬复合材料。激光熔覆WC-Ni基超硬复合材料的组织主要是γ-Ni,WC,W2C,Ni3B,CrB2等物相组成。激光熔覆层的硬度不均匀,其平均值为HV 1100,远高于基体硬度HV 350,过渡区处硬度呈很窄的梯度分布。