为进一步提高316L钢材的显微硬度，拓宽其使用范围，采用激光熔覆的方法，在316L钢材表面制备出不同比例的Fe60-WC熔覆层。研究不同比例的WC对熔覆层的截面组织、显微硬度、晶相构成的影响及原因。经过试验分析可知，当WC的质量分数为3%时，其与Fe60形成了硬质合金结构，增加了熔覆层的显微硬度。当WC的质量分数提升至5%时，熔覆层的微观结构发生了较大的改变，此时WC的质量分数虽然更多，但是熔覆层的显微硬度有所下降。结果表明，当WC的质量分数为3%时，熔覆层保持树形胞状晶，此时的显微硬度明显高于基体。x

在304不锈钢表面预置不同质量分数的Fe60和WC复合粉末，采用光纤激光加工系统制备金属-陶瓷复合熔覆层。分别从宏观形貌、微观组织、物相分析、硬度分布等角度研究涂层的组织结构及性能。结果表明：复合熔覆层冶金结合良好，过渡区、热影响区生成CrC及WCx等硬质相，提高了熔覆层的硬度，对复合涂层力学性能有显著影响；当WC的质量分数比例为3%时，熔覆涂层的平均硬度为995 HV，约为304不锈钢基体的5倍，且高于其他质量分数比例的复合熔覆层。

为了得到高质量的钢/铝接头, 采用激光摆动焊接的方法、使用不同的功率对DP780双相钢和5083铝合金两种金属进行了搭接实验, 研究了不同焊接功率对钢/铝接头宏观形貌、微观组织和力学性能的影响。结果表明, 1400W~1600W的功率区间内可有效实现板材焊接; 激光功率为1400W和1500W时, 焊接接头的金相组织以马氏体为主, 当激光功率为1600W时, 接头内的铁素体增多, 马氏体减少, 焊接接头的金相组织以铁素体为主; 3种接头显微硬度的最低值和最高值分别位于焊缝中心和热影响区, 在1500W的激光功率下, 焊接接头的力学性能最好, 钢侧接头的显微硬度约高于母材显微硬度的1.7倍; 接头的最大剪切强度达到113N/mm。此研究结果应用在船舶制造领域具有较重要的意义。

为了提高TC4合金表面的硬度和减磨性、优化工艺参数, 采用多组工艺参数(不同功率、不同TiO2粉末含量)在TC4 板表面制备不同比例的 Fe60-TiO2复合涂层, 分析了熔覆层宏观形貌、表面维氏硬度和减磨性。结果表明, 当激光功率为500W、TiO2质量分数为0.10时, 熔覆层表面较平整; 通过X射线衍射分析熔覆层生成较多Ti化合物, 这些Ti化合物对提高熔覆层硬度和减磨性非常有利; 熔覆层硬度比基体提高了约2.5倍; 摩擦系数较基体相比有所降低, 熔覆层的平均摩擦系数约为0.46。此研究结果对TC4 钛合金表面熔覆Fe基复合涂层的硬度和减磨性工艺参数有一定指导作用。

为了揭示激光熔覆工艺参数对铁基TiC复合熔覆层成形质量的作用规律、优化激光熔覆工艺参数, 使用YAG固体激光器在60Si2Mn基体上激光熔覆铁基TiC复合涂层, 基于响应面法建立输出电流、脉冲宽度、扫描速率与熔覆层宽度、高度、熔池深度、宽高比、稀释率以及硬度之间的数学模型, 并对模型进行方差分析, 获得了工艺参数与成形质量之间的函数关系。结果表明, 输出电流和脉冲宽度对涂层宽度具有正相关性, 扫描速率与涂层宽度成反比; 扫描速率对熔覆层高度和熔池深度没有显著性影响; 涂层宽度与高度的比值随着输出电流的增大而增大; 输出电流对涂层稀释率影响最为显著, 脉冲宽度次之; 较高的输出电流和较大的扫描速率能够得到高硬度涂层; 经优化验证模型的误差均小于5%。该研究结果能够用于铁基陶瓷复合涂层成形质量的预测及优化激光工艺参数。

为了研究单道激光熔覆薄板的温度场分布, 采用仿真与实验对照的方法, 利用ANSYS软件, 通过高斯热源模型模拟激光光束能量, 再采用非线性边界设定, 对单道激光熔覆及冷却过程的温度场进行仿真; 使用2kW光纤激光器将铁基(Fe60)粉末熔覆在2mm厚T9A钢板上, 并用热成像仪测量多样点温度。结果表明,激光熔覆薄板温度场的仿真符合实验验证结果, 其最高温度的最大误差为8.31%。此研究结果对激光加工参量优化有一定指导作用。

为了研究不同激光功率对摆动焊接钢/铝材料的影响, 采用大功率碟片激光器和PFO3D摆动接头相结合, 对DP780双相钢和5083铝合金两种金属进行了搭接实验。结果表明,1400W~1600W的功率区间内可有效实现板材焊接; 激光功率为1400W时, 焊接接头的金相组织为低碳马氏体, 显微硬度的最低值和最高值分别位于热影响区和焊缝中心; 随着激光功率的增加, 焊缝内的铁素体增多, 马氏体减少, 接头显微硬度的最高值和最低值分别改为热影响区和焊缝中心; 当激光功率为1400W时,焊缝抗拉强度最高为2681MPa。此研究结果在船舶制造的领域应用具有较为重要的意义。

为了研究真空激光焊接TA2工业钛板时正离焦量对焊缝成形质量、显微组织和力学性能的影响，采用真空舱和大功率碟片激光器，在4.0×10-1 Pa的真空度下进行不同离焦量的焊接。结果表明：正离焦量可有效完成板材的焊接。在真空环境中，随着离焦量的增加，焊缝表面的成形质量提升，焊缝熔宽增加。离焦量的增加会导致光斑能量分散，因此当离焦量达到+4 mm 时，焊缝熔宽达到最大值，随后开始呈下降趋势。在不同的正离焦量下，焊缝与热影响区晶粒的尺寸、形式均不同，随着离焦量的增加，晶粒尺寸逐渐降低。0 mm离焦时，焊缝显微硬度提升1～2倍，在+4 mm和+8 mm的离焦量下，焊缝显微硬度无明显变化。使用8 mm的离焦量焊接时，焊缝的拉伸力和抗拉强度达到最大值，分别为57 759 N和292 N/mm。通过对正离焦量下真空焊接TA2工业钛板的研究，得出结论：使用+4～+8 mm的离焦量真空焊接TA2工业钛板，可得到综合性能较好的焊缝。这对其在船舶制造领域的应用具有重要的意义。

为提升TC4钛合金零件的使用寿命和性能, 利用正交试验方法设计多组激光工艺参数, 采用激光熔覆工艺分别在钛合金表面上制备了镁钴合金涂层, 分析了激光脉冲电流、脉冲宽度和扫描速度对熔覆层稀释率和宽高比的影响以及每个试验影响因素之间的交互作用, 并进行验证试验, 最终获得钛合金表面单道激光熔覆的最优工艺参数。结果表明, 扫描速度对熔覆层稀释率的影响最大, 脉宽对宽高比影响的最大。通过对比分析得出最佳工艺参数组合, 为今后的钛合金激光熔覆镁钴合金的成形试验提供试验借鉴。

为了改善铁基合金自熔性粉末在激光熔覆工艺下所制备涂层的质量。在铁基合金自熔性粉末里加入不同质量配比的单晶硅粉, 并采用Nd:YAG激光加工系统制备不同的铁基合金熔覆涂层。通过检测和测量得到各涂层的宏观图像、显微图像、EDS图谱和硬度。结果表明: Si元素可以有效提高熔覆涂层的硬度, 但过高的Si元素也会造成熔池流动性过大, 无法形成良好的熔覆涂层。当质量配比为20∶1时, 涂层硬度可达66 HRC, 但其涂层厚度不均匀, 与基材结合不够良好; 而当质量配比为40∶1时, 所制备的铁基激光熔覆涂层具有较高硬度, 同时其涂层质量也较为良好。此研究对于钢材激光熔覆铁基合金涂层具有指导意义。