利用原位合成的思路制备Ti-Ti3Al金属复合材料是提高钛基复合材料性能的好方法。通过选区激光熔化（SLM)技术和原位合成技术对不同混合比例的Ti-AlSi10Mg复合粉末进行成形试验,研究Al含量对SLM制备原位自生Ti-Ti3Al金属复合材料显微组织和力学性能的影响,并分析其物相、显微组织、显微硬度、耐磨性和拉伸压缩性能。试验结果表明：Al元素在成形过程中进入了Ti晶体中,形成了Ti-Al置换固溶体,对样件进行固溶强化,且会析出Ti3Al增强相颗粒。随着Al含量的增加,样件的力学性能逐步提升。显微硬度显著提高,当Al质量分数为10%时,硬度提升到538.56 HV,达到纯钛（220.59 HV）的2倍以上。耐磨性提高,样件的平均摩擦因数逐渐下降。抗压强度最高达到1 653.9 MPa,较纯钛样件提升164.48%,且优于退火后的纯钛板材（400~450 MPa）和SLM成形的TC4合金（1 128 MPa）。抗拉强度随着Al元素的上升,先上升后下降,但依然高于纯钛样件。通过原位合成思路与SLM技术的结合,对复合材料性能的提升具有重要意义。

为提高选区激光熔化成形AlSi10Mg零件力学性能, 文中通过球磨法获得Sc-AlSi10Mg复合粉末, 并研究成形试样的相成分、微观组织、显微硬度、拉伸性能和耐蚀性能。对相同工艺参数下成形的试样进行对比, 0.5%(质量分数)Sc-AlSi10Mg试样显微硬度最高, 由146.89 HV提高到174.88 HV, 增长19.06%。0.1%(质量分数)Sc-AlSi10Mg试样拉伸性能最好, 极限拉伸强度由370.20 MPa提高到420.98 MPa, 提升13.72%; 延伸率由8.96%提高到10.27%, 提升14.62%。Sc-AlSi10Mg试样的耐蚀性能也有所增强。结果表明：添加稀土元素钪能细化选区激光熔化成形AlSi10Mg试样晶粒, 通过细晶强化作用提升性能, 这对其应用在航空航天、汽车等领域具有重要意义。

激光重熔是常用的一种提高等离子喷涂双层结构热障涂层性能的方法。综述了国内外相关研究进展, 主要从重熔工艺的角度介绍了其主要制备技术, 常规激光重熔强化, 激光重熔分步强化和激光重熔一步强化加工方法。阐述了激光重熔等离子喷涂热障涂层存在的主要问题, 同时指出了解决的主要措施, 最后对其主要发展趋势进行了讨论。

为降低激光直接制造大型TC4构件的基底变形及残余应力, 研究了不同选区顺序对分区扫描成形时基底变形及残余应力的影响。分别采用新定义的由外而内、由内而外选区顺序及常规的随机选区顺序进行沉积实验, 并运用面结构光及X射线衍射检测方法对基底变形及沉积层残余应力进行测量。结果表明: 不同选区顺序对成形件基底变形及残余应力影响显著, 采用由外而内选区顺序可大幅减小基底变形, 与随机选区顺序相比, 基底最大变形量降低60%, 但是在沉积层引入了较大的残余应力, 最大残余应力达到了392 MPa; 随机选区顺序下沉积层残余应力量级较小, 最大残余应力仅约93 MPa, 残余应力分布更为均匀。因此, 分别采用由外而内及随机选区顺序进行前后期成形有利于减小和平衡大尺寸TC4成形件基底变形及残余应力。

讨论了国内外提高抗激光损伤性能的技术方法,指出不同方法的优势。主要从微观组织、材料体系、涂层制备方法、损伤阈值、反射率和吸收率等几个角度展开论述。综述了不同材料制备的涂层提高抗激光损伤性能的研究进展,从微观组织、组织颗粒、新研究方法方面展望未来的研究方向:研究颗粒直径对抗激光损伤性能的影响,并将MATLAB、ANSYS等软件应用到提高抗激光损伤性能研究领域。

针对TC4钛合金材料进行选区激光熔化单道扫描和多道搭接工艺实验。通过改变激光功率和扫描速度来探究工艺参数对TC4成形效果和表面形貌的影响机理。对实验中出现的断续、球化、鱼鳞纹和“爆粉”等现象进行分析和优化。结果表明, 激光功率和扫描速度对熔道宽度和高度有较大影响, 选择合适的工艺参数窗口才能得到连续干净的熔道。熔池的对流运动会导致鱼鳞纹状凝固痕迹, 且随着扫描速度增加, 鱼鳞纹由圆润变得尖细。能量密度对多道搭接成形表面球化颗粒有较大影响。能量密度过大会导致“爆粉”现象, 可以通过降低激光功率或提高扫描速度来预防。

为了对岛式扫描策略在激光熔化沉积中的适用性进行验证, 采用正交连续扫描进行对比, 研究分析了岛式扫描对TC4成形件基底变形及性能的影响。结果表明, 相比于正交连续扫描, 随机跳转岛式扫描策略可大幅减小基底变形, 其较快的冷却速率还将细化析出的网篮α晶粒, 并抑制β晶粒的粗大生长, 但是区域交接处容易产生未熔合孔洞缺陷, 使得成形件抗拉强度与屈服强度有所提升, 但塑性有所削弱。

基于激光熔化沉积技术, 在6061铝合金表面进行了激光熔化沉积AlSi10Mg 铝合金试验, 并引入基体热累积因子XR(红外测温仪监测的温度TR与采集距离R的比值)来研究基体热累积对单道沉积层形貌的影响。结果表明, 随着沉积的不断推进, XR逐渐增大并最终趋于稳定, 即基体热累积量不断增加, 且最终与环境的换热达到动态平衡。此外, 随着XR的增加, 沉积层截面形貌呈扁平化趋势, 具体表现为沉积层宽度和熔池深度逐渐变大, 而沉积层高度变化不明显。研究还表明, 在一定的工艺范围内, 接触角随着XR的增大而减小, 而稀释率随着XR的增大而增大, 并且接触角和稀释率都与XR呈线性相关。

金属构件激光增材制造技术是三维打印技术研究的热点, 其比较成熟的制造工艺包括激光熔化沉积技术和激光选区熔化技术。轻合金以其优良的综合性能而广泛应用于航空航天、医疗等行业, 因此与其相关的激光增材制造技术已经成为国内外竞相开展的重要研究方向。在介绍以钛合金和铝合金等轻合金激光增材制造研究现状的基础上, 分析了其存在的主要问题, 并讨论了现阶段国内研究的部分热点及其发展趋势: 专用粉末研发、基础理论研究及高效、高性能构件制造等。

为了分析超声冲击强化激光熔覆层工艺过程的应力场变化规律,建立了超声冲击强化镍基高温合金GH4169基材熔覆镍基高温合金粉末GH95熔覆层过程的仿真模型,使用Marc有限元分析软件分析了超声冲击强化过程中的应力场的变化,并进行了试验验证.结果表明:超声冲击后激光熔覆层残余应力显著减小,局部区域残余拉应力得到完全消除;超声冲击后熔覆层表层形成一定深度的压应力区域,熔覆层X方向形成最大压应力值为－263.9 MPa,残余应力消除率达126.98%.仿真结果为超声冲击激光熔覆层工艺试验提供了理论指导.