研究了电磁复合场对激光减材加工V型槽形貌的影响。在激光减材过程中同时施加稳态电场与稳态磁场，以获得定向洛伦兹力，从而驱动熔池排溢；通过实验研究了激光参数以及电磁场参数对V型槽形貌的影响规律。实验结果显示：在电磁复合场环境下通过改变激光参数得到了角度范围为34.82°~65.20°、深度范围为1719~5667 μm的V型槽；角度随着激光功率的增加和扫描速度的降低而减小，深度随着激光功率的增加和扫描速度的降低而增大；当激光功率为1800 W时，随着磁感应强度从0 mT增大至1200 mT，V型槽底部的重熔层厚度从764 μm下降至42 μm；材料去除效率主要受激光功率的影响，并随着激光功率的增加而增大。加工出的目标V型槽的角度公差等级为精密（f），深度线性公差等级为中等（m），表面粗糙度R_a值为22.4 μm。稳态磁场与稳态电场所提供的向上的洛伦兹力克服重力及表面张力驱动熔池向上流动，熔体以多次飞溅的形式脱离基体，实现一次直接成型V型槽。

采用连续光纤激光器在氩气环境下对粗糙度为R_a=0.95 μm的低粗糙表面进行激光抛光实验，通过光学显微镜和激光共聚焦显微镜对单道激光抛光熔池截面、抛光前后三维表面形貌及表面轮廓进行分析。研究结果显示：在其他参数不变的条件下，随着扫描速度的提升，单道连续激光抛光熔池两侧的咬边现象逐渐加重。随着激光功率的提高，由于单道抛光熔池不稳定，熔池表面的起伏现象逐渐加剧。当扫描线间距为0.02 mm时，连续激光多道搭接之间未重熔区域具有较低表面起伏值，粗糙度可降低至R_a=0.45 μm。然而，激光单向扫描抛光后表面产生的波纹起伏会阻止粗糙度的进一步降低，采用正交扫描和未搭接区域回填扫描的策略，可对激光单向扫描抛光产生的波纹起伏进行重熔正交补偿，使粗糙度值由R_a=0.45 μm进一步降低至R_a=0.048 μm，较原始粗糙度下降95%。

为了研究激光熔覆316L粉末多层堆积过程中熔覆层的Cr元素分布机制，建立了一种基于体积平均法的三相熔化凝固模型，模拟多层激光熔覆过程中的熔池流动、传热和传质现象。对模拟结果与实验结果进行比较分析，验证了模型的可靠性。通过分析激光熔覆多层316L粉末过程中的温度场、流场以及元素分布的瞬态变化，以Cr元素作为粉末的示踪元素获得了熔覆层的元素分布机制。结果表明：由于Marangoni效应，熔池内形成了位于熔池前端的顺时针方向涡流和后端的逆时针涡流，熔池最大流速出现在熔池后端表面；在前三层熔覆过程中，随着层数增加，熔池表面温度梯度下降导致熔池最大流速减小，而在热积累作用下熔池体积明显增大，但熔池内部流态不发生改变。同时，第二、三层熔覆时熔覆层发生部分重熔，重熔区内的基体元素在熔池内被粉末元素再次稀释，导致粉末元素的含量在熔覆层内逐层上升，最终获得从基体元素向粉末元素过渡的熔覆层。

采用3 kW半导体宽带激光器在28CrMoNiV钢基板上进行了激光熔覆试验，并结合热影响区（HAZ）温度场模拟优化了再制造工艺。通过光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪对HAZ和基体的组织进行了分析。最后通过拉伸试验对修复后的熔覆HAZ进行了性能测试。结果表明，单层熔覆HAZ主要产生了马氏体相变，并在HAZ顶部发现了马氏体和铁素体的不良组织。模拟结果表明，该不良组织可以通过三层以上的多层熔覆方法消除。拉伸性能测试结果表明，三层熔覆HAZ的平均抗拉强度达到927.35 MPa，高于基体或单层熔覆HAZ；断后伸长率达到10.23%，较单层熔覆HAZ有所提高，更接近基体性能。

利用激光熔覆的方法在45钢基体上制备了CrNiAlCoMoB0.5高熵合金（HEA）涂层，研究了涂层组织结构及耐腐蚀性能。结果表明：涂层的耐腐蚀性良好；涂层在3.5%NaCl(质量分数)电解液中的腐蚀电位Ecorr和腐蚀电流Icorr与304不锈钢相当，耐点蚀能力优于304不锈钢，但是，涂层的钝化能力弱于304不锈钢；涂层在1 mol/L H2SO4电解液中的Ecorr和Icorr与304不锈钢在同一个数量级，且相当接近，表现出良好的耐腐蚀性能，涂层主要发生晶间腐蚀，304不锈钢为不规则的片状腐蚀；涂层在1 mol/L NaOH电解液中的Ecorr小于304不锈钢，其腐蚀倾向大于304不锈钢。同时涂层的Icorr小于304不锈钢的Icorr，即涂层的耐腐蚀性优于304不锈钢，且涂层钝化能力与304不锈钢相当。

为了提高齿形零件的耐磨性能, 采用半导体激光器, 选择特定的Ni基合金作为粘结剂, 在45#钢基体上制备了WC质量分数高达80%的无裂纹Ni/WC复合涂层。通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对复合涂层进行组织和相结构分析。结果表明, 复合涂层组织均匀致密, WC硬质颗粒均匀分布在涂层中, 并且与Ni基合金元素形成多种碳化物, 聚集在WC颗粒周围或游离于涂层中。复合涂层主要由WC和W2C硬质相、γ-Ni、M7C3和M23C6等组成。

为了拓展激光熔覆制备高熵合金涂层在材料表面改性中的应用, 本文利用激光熔覆的方法在45#钢基体上制备了成形质量良好的CrNiAlCoMoBx系高熵合金涂层, 并研究了激光熔覆工艺参数和B含量对涂层成形质量、微观组织结构和硬度的影响。结果表明: 在优化的工艺参数下, 可以得到表面形貌良好的CrNiAlCoMoBx系高熵合金涂层, 涂层与基体呈良好的冶金结合, 涂层由枝晶和网状共晶组织组成, 均匀致密, 最高硬度达到950 HV0.2, 平均硬度可达700 HV0.2, 是基体45#钢硬度的3倍。随着B含量的增加, 裂纹减少, 硬度有所降低, 但始终在600 HV0.2以上; 涂层的干摩擦磨损性能优于H13钢; 在3.5%NaCl电解液中耐腐蚀性良好, 与304不锈钢相当。

基于建立的不同工艺尺寸的CMOS器件模型，利用TCAD器件模拟的方法，针对不同工艺CMOS器件，开展了不同工艺尺寸CMOS器件单粒子闩锁效应(SEL)的研究。研究表明，器件工艺尺寸越大，SEL效应越敏感。结合单粒子闩锁效应触发机制，提出了保护带、保护环两种器件级抗SEL加固设计方法，并通过TCAD仿真和重离子试验验证防护效果，得出最优的加固防护设计。结果表明，90 nm和0.13 μm CMOS器件尽量选用保护带抗SEL结构，0.18 μm或更大工艺尺寸CMOS器件建议选取保护环抗SEL结构。

采用激光熔覆的方法在45#钢基体上制备了表面形貌良好的FeCrNiCoMn高熵合金涂层，为了研究该高熵合金涂层的抗高温软化性能，分别在550 ℃、700 ℃、900 ℃、1000 ℃、1160 ℃下对涂层进行了2 h的退火实验。用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和显微硬度计分别研究了涂层退火前后的微观形貌、相结构及显微硬度的变化。结果表明，熔覆态涂层组织为柱状树枝晶结构，主要由面心立方固溶体（FCC）和少量体心立方固溶体（BCC）构成，其平均显微硬度为540HV0.2。550 ℃、700 ℃、900 ℃退火后涂层的组织长大不明显，900 ℃退火后涂层BCC固溶体相衍射峰变得非常明显，1000 ℃和1160 ℃退火后组织逐渐长大，相转变为单一的FCC结构。合金涂层经过不同温度退火后，显微硬度呈现先增大后减小的趋势，在900 ℃退火后，涂层硬度最高为665HV0.2，说明该合金涂层在低于900 ℃时具有良好的抗高温软化性能。

为了进一步提高模具钢表面的硬度和耐磨性能, 以Cr12MoV作为基体材料, 利用2 kW半导体激光器, 以同轴送粉的方式在其表面上熔覆高硬度的Fe基合金粉末。通过光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜分析熔覆层的组织形貌和物相; 用显微硬度计测试熔覆层的显微硬度, 用磨损试验机进行耐磨试验。进而研究激光功率、扫描速度和送粉量等工艺参数对熔覆层组织性能的影响, 确定了最优化工艺参数。实验结果表明, 使熔覆层的硬度和耐磨性较优良的工艺参数为: 激光功率为1.2 kW, 扫描速度为720 mm/s, 送粉量为8.5 g/min。在此工艺参数下, 熔覆层无裂纹、气孔、夹渣等缺陷, 且显微硬度和耐磨性能得到显著提高, 最高硬度达921 HV0.2, 熔覆层的磨损失重仅为基体材料的25%, 明显高于基体的硬度和耐磨性, 这归因于熔覆层中存在V4C3、Cr23C6、Cr7C3等细小树枝晶。