为提高选区激光熔化(SLM)医用Ti6Al4V钛合金的成形质量, 优化了激光分区扫描工艺参数。通过正交实验和单因素实验, 对比分析了分区扫描策略和传统整体扫描策略下成形零件的显微组织结构特征、致密度、尺寸精度和表面质量, 总结了SLM成形医用Ti6Al4V钛合金的典型表面形貌。研究结果表明, 分区扫描策略不仅能获得尺寸精度高和表面质量良好的钛合金成形件, 而且能显著改善悬垂面的成形效果。

利用自行设计的稳恒磁场装置以辅助激光熔覆工艺, 通过调节电流强度获得相应的稳恒磁场作用于激光熔池, 在45 钢基材表面制备了Fe55 合金涂层。借助扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)等表征手段分析了稳恒磁场作用下Fe55合金涂层的微观形貌、化学组成和物相结构。结果表明, Fe55合金涂层主要由γ-(Fe, Cr)和(Fe, Ni) 固溶体、(Cr, Fe)23C6碳化物及少量Cr9.1Si0.9组成。与未施加磁场相比, 稳恒磁场作用下的激光熔覆Fe55涂层, 枝晶间Cr元素含量更高, 枝晶内Fe元素含量也有所增加。稳恒磁场在一定程度上促进了激光熔池中的传质过程, 有助于Fe, Cr元素扩散和(Fe, Cr)固溶体的形成。当电流强度为4.0 A时, 外加磁场大大降低了熔池内固-液界面前沿的温度梯度, 增加了液态金属熔池的形核率, 涂层中大量柱状枝晶和树枝晶转变为方向各异的等轴晶, 涂层组织得到了明显优化。

为了提高45#钢的耐磨性能，采用CO2激光熔覆技术进行了NiCoFeCrTi高熵合金涂层的制备实验。采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪分别分析了高熵合金熔涂层的物相结构、显微组织和化学成分。结果表明，由于高熵效应，NiCoFeCrTi涂层具有简单的面心立方相结构；在NiCoFeCrTi高熵合金涂层的熔覆层和结合区中未发现微裂纹，说明高熵合金与45#钢基底的冶金结合较好；熔覆涂层的表面显微硬度远远高于基底，维氏硬度可以达到940HV，是基底的3倍；表面熔覆了NiCoFeCrTi高熵合金的45#钢样品的磨损体积损失为5.0×10-10m3/m，低于45#钢的8.1×10-10m3/m。激光熔覆技术制备的NiCoFeCrTi高熵合金涂层可以显著提高45#钢耐磨损性能，对涂层应用研究具有较大参考意义。

通过6 kW 横流CO₂激光器在40Cr钢表面激光熔覆了不同成分配比的WC/Co50复合涂层。运用金相光学显微镜(OM)，扫描电镜(SEM)，能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)等表征手段分析了涂层结合区形貌、显微组织和物相组成，测试了复合涂层的显微硬度和磨损性能。结果表明，外加的WC颗粒在高能激光束作用下大部分发生溶解，涂层主要由碳化物WC、W2C、(Cr，Fe)7C3和M6C及Fe-Cr固溶体等物相组成。涂层中组织结构比较复杂，出现了树枝状初晶、包状过共晶，枝晶间共晶和硬质相颗粒。WC/Co50 熔覆涂层的最大显微硬度位于涂层次表面，其最大平均显微硬度为基材的1.93倍，且随着深度的增加逐渐降低。相同磨损条件下，复合涂层的磨损失重仅为基材的13.3%。

采用激光熔覆技术在45#钢基底上制备了AlxCrFeCoCuNi(x=0.5、2.0、4.0)高熵合金涂层, 研究了Al含量x对涂层的抗氧化性能的影响规律。利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪对涂层结构进了测定, 进而揭示铝含量的影响。结果表明, 高熵合金涂层主要由简单面心和体心立方结构的固溶体组成, 并且随着铝含量增加到x=4时完全转变为单一的体心立方结构。在900 ℃大气气氛中氧化动力学曲线表明AlxCrFeCoCuNi高熵合金涂层具有较好的抗氧化性能, 并且随着Al含量的增加而提高。这是因为高温氧化后其表面主要生成了Al2O3和Cr2O3保护膜, 从而提高了AlxCrFeCoCuNi高熵合金涂层的抗氧化性能。

以WC、TiC、Co 和Co50 合金粉末为原料，通过设计不同的成分配比，在40Cr 刀具钢表面激光熔覆了WC/Co、WC/Co50和WC-TiC/Co50钴基碳化物复合涂层。借助XRD、OM、SEM 和EDS等表征手段分析了粉末成分配比和激光熔覆工艺参数对刀具表面复合涂层物相结构、宏观形貌和微观组织的影响。结果表明，当激光功率为4.2 kW，扫描速度为350 mm/min 时，制备的WC/Co50 和WC-TiC/Co50 复合涂层表面形貌良好，平整连续且无宏观裂纹。硬度测试和摩擦磨损试验表明，复合涂层具有高的硬度和良好的耐磨性，最高显微硬度达到1211 HV_0.2，最低磨损失重2.1 mg，分别为基材的3.03 倍和34.4%。熔覆层中大量存在的WC、TiC 以及原位自生的W₂C、Fe₃W₃C 等碳化物增强相对提高复合涂层的硬度和耐磨性起到了主要作用。

采用机械振动辅助同步送粉，通过激光熔覆技术在45钢表面制备了Fe60合金涂层。利用光学显微镜（OM）、X射线扫描仪（XRD）、扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDS）仪研究了了铁基涂层与基体结合界面处的显微形貌、物相组成，元素分布及其扩散行为。结果表明，熔覆层结合界面处均是完整向上生长的胞状树枝晶，主要物相为 (Fe,Cr) 固溶体和少量化合物(Fe,Cr)7C3，Fe2B和Fe0.9Si0.1。机械振动的能量致使树枝晶中Fe0.9Si0.1由枝晶内离散至枝晶间，大量(Fe,Cr) 固溶体未能在凝固前端排出而残留在枝晶内。机械振动的能量越高，越有利于激光熔池中元素的扩散。同时，振动的振幅和频率对结合界面前沿晶粒细化及元素分布的影响也存在差异，频率的增加有利于枝晶定向生长，振幅增加则有利于在结合界面前沿40 μm左右范围内的枝晶弥散分布。振幅增加对结合界面间的Si和Cr元素扩散影响更大。

采用机械振动辅助激光熔覆工艺在45钢表面制备了Fe55合金涂层，通过光学图像分析仪观察了熔覆层的几何形貌，结合AutoCAD 软件标注了涂层高度、宽度和熔覆角等几何特征参数，探讨了激光比能、振幅、频率等工艺参数对涂层熔覆角的影响，借助响应面分析法提供的二阶多项式构建了能明确表征熔覆角与激光比能、振幅、频率之间隐式关系的函数模型。结果表明，机械振动作用下激光熔覆层的熔覆角大于无机械振动的涂层。在相同激光比能和振幅条件下，频率200 Hz 比频率100 Hz 的熔覆角大，且在振幅为0.10 mm 时熔覆角最小。采用最小二乘法优化后的函数模型所计算的熔覆角优于现有几何模型计算值，更接近实际测量结果。

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。