通过GS-TFL6000型横流CO2激光器, 采用YG813硬质合金粉末和自行设计的TiC/Co50复合粉末作为预置层, 在40Cr刀具基材表面进行了激光熔覆实验研究。借助光学显微镜和X射线衍射仪分析了复合粉末成分配比和激光工艺参数对刀具表面修复层宏观形貌和组成与结构的影响。结果表明, 采用YG813硬质合金粉末无法得到良好熔合质量的修复层, 而自行设计的复合粉末在激光功率为4.5 kW, 扫描速度为400 mm/min时, 预置层经高能激光束辐照后可以得到表面熔合质量良好的修复层。显微组织结构分析显示, 修复层组织细密, 无明显气孔和裂纹缺陷; 不同激光工艺参数下的修复层物相组成基本相同, 基体相主要由γ-Co和少量Ni3(Cr, Fe)固溶体组成, 大量颗粒状TiC增强相弥散分布在基体组织中。

利用6 kW横流CO2激光器制备了Co50熔覆层和不同成分配比的Co/TiC复合涂层来改善H13模具钢表面的热磨损性能。借助X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计和高温摩擦磨损试验机分析了涂层的结合特征、物相组成和不同温度下的摩擦磨损性能。结果表明, 当预置层粉末TiC含量(重量百分比)小于等于20%时, 熔覆层与H13钢基材呈良好的冶金结合; 随着TiC含量的增加, Co/TiC复合涂层截面平均显微硬度呈上升趋势, 但涂层中基体相种类减少: Co＋10%TiC涂层由TiCo3、Cr2Ni3和Cr-Ni-Fe-C组成, Co＋20%TiC涂层由Cr2Ni3和γ-Co组成, Co＋30%TiC涂层为γ-Co固溶体。Co＋20%TiC涂层的高温耐磨性比Co50涂层显著提高, 摩擦系数平稳; 700 ℃时复合涂层的磨损机制主要为氧化磨损和疲劳磨损。结果显示Co＋20%TiC涂层具有良好的综合性能。

通过控制Ni基自熔性合金粉末中Al、Mo含量，在H13钢表面原位制备了含γ′-Ni3Al强化相的激光熔覆涂层。借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了不同熔覆层的显微组织及物相结构。结果表明，4种成分的熔覆层均呈现出平整致密、无明显缺陷的宏观特征。Ni基自熔性合金粉末中加入Al易于生成γ′-Ni3Al相，当Al含量达到一定程度后，涂层中开始出现β-NiAl相，同时Fe主要以(Fe，Cr)固溶体形式存在，(Ni，Cr)固溶体极少。加入Mo后，涂层中几乎未见β-NiAl相；Al含量较少时，Mo主要与Fe结合形成Mo-Fe金属间化合物；当Al含量增加至开始出现β-NiAl相时，Mo便与Al结合形成AlMo3。同时Mo-Fe金属间化合物的存在也导致(Fe，Cr)固溶体较同等Al含量下未加入Mo时少，(Ni，Cr)固溶体含量较未加入Al时多。涂层摩擦系数均低于基体，最高显微硬度为基体的4.3倍，抗磨性提高了3.8倍。

选用Ni基自熔性合金粉末添加一定量的Al和Ti元素混合粉末, 采用激光燃烧合成技术在双相(α＋β)钛合金TC4合金表面制备了Al8Cr5/NiAlTi复合涂层。借助扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了复合涂层的截面显微组织结构, 运用显微硬度计和空气电阻炉分别测试了涂层截面的显微硬度分布和不同温度下复合涂层的高温抗氧化性能。结果表明, 复合涂层主要由NiAlTi(Ni0.35Al0.30Ti0.35)基体相和Al8Cr5针状增强相组成。涂层截面平均显微硬度值为777 HV0.2, 约为TC4钛合金基材的3.1 倍(250 HV0.2); 复合涂层相对耐氧化性测试结果表明, Al8Cr5/NiAlTi复合涂层在600 ℃和800 ℃下的相对耐氧化性值均明显高于TC4基材试样, 分别约为TC4基材的3.75倍和4.30 倍。

通过分析激光熔覆过程中光束、粉末和熔池间的作用机理，建立了送粉式激光熔覆材料有效利用率的数学模型，在此基础上推导了送粉角度与工艺参数之间的定量关系式，并计算了不同送粉角度下的熔覆材料有效利用率、熔高和横截面积。结果表明，在熔覆工艺参数不变的条件下，理论计算的熔覆材料有效利用率、熔覆层高度和横截面积均随送粉角度的增加而增大，且均高于实验检测值。激光熔覆过程中，由于粉末烧损和机械损失，使熔覆材料有效利用率、熔高和横截面积随送粉角度变化出现最大值，理想送粉角度为60°。

为细化涂层晶粒组织，提高熔覆涂层质量，采用旋转磁场辅助激光熔覆技术在Q235钢表面制备了Fe60复合涂层。借助扫面电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)等表征手段对涂层进行了组织结构和物相分析，利用维氏硬度计测试了激光熔覆复合涂层截面显微硬度分布，通过摩擦磨损实验研究了涂层的磨损性能。结果表明，熔覆涂层主要由γ-(Ni,Fe)固溶体、Fe23(C,B)6和Cr5Si组成，Cr5Si3晶粒细化且分布均匀致密。旋转磁场辅助下，涂层平均显微硬度为685HV0.5，约为无磁场涂层的1.1倍；磨损失重仅为无磁场涂层的0.66倍，耐磨性能得到明显改善。

采用磁场辅助激光熔覆技术,在Q235钢表面制备了Ni60CuMoW复合涂层,借助SEM，EDS 和XRD 等表征手段对涂层进行了微观组织和物相分析，利用维氏硬度计测试了复合涂层截面的显微硬度分布，通过摩擦磨损实验和电化学测试系统研究了复合涂层的磨损性能和耐腐蚀性能。研究结果表明: 涂层主要由γ-Ni,Cu)固溶体、硅化物和硼化物组成，Cr3Si晶粒细化且均匀致密; 磁场辅助作用下，激光熔覆涂层平均显微硬度达到913HV0.5，为无磁场辅助涂层的1.5 倍，磨损失重仅为无磁场涂层的36%，自腐蚀电位上升了100 mV，腐蚀电流密度降低了70%，耐磨耐蚀性能得到了显著改善。

通过特殊设计的电路及作用线圈制作了交变磁场发生装置,并用其研究了不同磁场强度对激光熔覆铁基涂层宏观形貌和显微组织的影响。基于电磁学及金属凝固原理，揭示了激光熔覆涂层的固化过程和磁场诱发熔覆涂层柱状树枝晶向等轴晶转变的主要机制。实验结果表明：在交变磁场作用下，熔池金属液表面产生的趋肤效应和交变电磁力使凝固后熔覆层的表面形态呈波浪式，熔高和横截面积均随磁场电流的增加而减小，但熔宽变化不大。熔池内部产生的电磁力驱动熔体流动使树枝晶熔蚀和机械折断，游离的破碎枝晶成为新的形核核心，增加了形核率，从而促使熔覆层顶部组织由树枝晶向等轴晶转变。随着磁场电流的增加，等轴晶区扩大，但涂层底部的组织变化不明显。

分别以高纯N2和高纯Ar为保护气体，在TC4钛合金基材表面激光原位合成了TiN/钛基复合涂层。运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和显微硬度计对复合涂层的微观结构和力学性能进行了分析，通过空气电阻炉初步测试了复合涂层的相对高温耐氧化性。结果表明，Ar气氛下原位合成的复合涂层含有较多未完全反应的Ti相，组织均匀性较差，涂层截面显微硬度分布不均；而N2气氛下的原位合成反应比较充分，原位合成复合涂层主要由TiN和Ti3Al两相组成，涂层组织均匀致密，含较多高硬度TiN相，显微硬度自基体至涂层过渡平缓，且平均显微硬度较Ar气氛下复合涂层高约40.7%，600 ℃和800 ℃的相对耐氧化性值分别是TC4基体钛合金的6.83倍和1.94倍，较Ar气氛下的复合涂层提高约17.96%和19.75%。

采用优化的激光熔覆工艺在45#钢表面制备了质量良好的颗粒增强多道镍基复合Ni60CuMoW涂层。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)等表征手段研究了涂层的显微组织、颗粒相分布和结构特征。根据显微硬度和盘销式干摩擦磨损实验数据，比较了回火处理前后颗粒增强激光熔覆复合涂层的显微硬度分布和耐磨性能，并就热处理对磨损机制的影响进行了分析。结果表明，激光原位制备的颗粒增强镍基复合熔覆涂层经回火处理后，距结合界面0.3~0.8 mm区域范围内析出的复合碳化物和硼化物硬质颗粒具有完整性、尺寸分布均匀、密度大，与基体相界面呈牢固的冶金结合。回火处理前后涂层熔覆区的显微硬度较基体分别提高了4.9倍和5.8倍；耐磨性较基体分别提高了1.1倍和2.9倍。