在45钢表面制备了Fe901激光熔覆层,检测了熔覆层的组织、物相与硬度,采用干摩擦方式对激光熔覆层与45钢试样进行了摩擦磨损实验。结果表明:熔覆层组织均匀致密,组成相主要为马氏体和少量CrFeB、Cr7C3金属间化物;熔覆层的平均硬度为718 HV,显著高于基体的硬度(269 HV);45钢的磨损机制主要为磨粒磨损、疲劳剥落和氧化磨损,熔覆层的磨损机制主要为磨粒磨损;当加载载荷为10,20,30 N时,在干摩擦条件下,激光熔覆层的摩擦因数比45钢低,相对耐磨性分别为45钢的4、18、20倍,表明激光熔覆Fe901合金显著提高了45钢的耐磨性能。

为了改善H13钢的表面性能, 利用YLS-4000型光纤激光器在H13钢表面熔覆镍基涂层, 采用正交试验法, 对不同工艺下的熔覆层表面形貌、几何参量、稀释率、微观组织、显微硬度进行了检测分析。结果表明, 激光功率最小而送粉速率最大时(P=1800W, vf =1.0g/s)表面凹凸不平; 激光功率和扫描速率最大时(P=2200W, vs=25mm/s)表面出现裂纹;当稀释率η＜10%时, 熔覆区平均硬度(大于800HV)为基体硬度(246HV)的3倍以上, 强化效果显著; 当稀释率η＞25%时, 熔覆区下部受熔化基体的稀释作用硬度较低; 稀释率随着激光功率与扫描速率的增加而增加, 随着送粉速率的增加而降低。通过调整工艺参量可获得表面平整光滑、组织致密、强化效果显著的熔覆层。

为了优选激光冲击工艺参量以获得最大的表面残余压应力, 利用激光冲击和塑性变形理论推导出了激光冲击AZ31镁合金表面最大残余压应力公式, 并采用ABAQUS有限元软件分析了其激光冲击后的残余应力场。结果表明, 获得较大残余压应力场的激光冲击波载荷范围为1.2GPa～1.7GPa, 随着载荷的增加, 残余应力增加, 当载荷在1.4GPa～1.6GPa时, 最大残余压应力为125MPa左右; 冲击载荷在1.8GPa时, 出现轻微的“残余应力洞”现象; 而在大于1.9GPa时, 均出现明显的“残余应力洞”现象; 载荷p=1.474GPa时最大残余应力为-128.5MPa。理论推导和有限元分析结果基本一致。

采用极化曲线、电化学交流阻抗谱、X 射线衍射仪(XRD)测试残余应力、扫描电镜(SEM)测试腐蚀形貌从实验上研究了强激光冲击对7075 铝合金等离子弧焊接头电化学腐蚀行为的影响。研究结果表明，激光冲击后7075 铝合金焊接头表面残余应力由拉应力变成压应力，从而使得铝合金等离子弧焊接头的自腐蚀电位和点蚀电位提高，激光冲击4 次后自腐蚀电位正移700 mV，点蚀电位正移约为1000 mV，极化曲线上出现了电位范围至712.9 mV 的阳极钝化区间。经过激光冲击处理细化晶粒，7075 铝合金焊接头的显微孔洞数量和气穴的体积减少，组织致密性提高，溶液中Cl等原子的渗入被有效阻止，从而降低了腐蚀速率，使自腐蚀电流密度降低了1个数量级。激光冲击使焊接头处晶粒沿β相分布变得均匀，β相与α基相构成的微电偶的活性降低，钝化电阻比冲击前提高了近30 倍，浓差极化现象大为改善。

综述了镁合金表面激光熔覆技术的研究进展状况.介绍了镁合金表面激光熔覆工艺特点和工艺方法;阐述了工艺参量对熔覆层性能的影响;总结了当前镁合金表面激光熔覆的主要材料体系及其熔覆层的组织和性能;展望了镁合金表面激光熔覆技术今后的发展方向.

利用钕玻璃脉冲激光对AZ31镁合金表面进行激光冲击处理，金相显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)微观组织表明激光冲击波导致镁合金表面层(强化层约0.8 mm)产生超高应变速率的塑性变形，晶粒内部存在大量位错和孪晶，高密度位错相互缠结,并与孪晶相互交叉导致晶粒细化。镁合金冲击表层硬度比基体提高约58%，表面残余压应力达120 MPa。在质量分数为3.5%NaCl溶液中，采用动电位扫描技术和慢应变速率拉伸应力腐蚀试验研究其冲击后的腐蚀行为，结果表明激光冲击后自腐蚀电位提高，腐蚀电流增大，抗腐蚀性有所降低，但激光冲击后镁合金抗应力腐蚀性能提高。

为了研究材料表面微结构对其抗凝血性能的影响，利用纳秒激光在人工心脏瓣膜材料热解碳的表面进行微加工的方法，产生了具有周期性的微坑、微光栅阵列结构。通过扫描电镜、X射线衍射仪和接触角测量仪对样品结构、表面成分、表面能进行表征，并测试了改性后热解碳表面的抗凝血性。结果表明，激光加工后的微结构表面和光滑表面化学成分相同，且微结构表面具有超疏水性，表面能很小; 与光滑表面相比，微结构表面粘附较少的血小板，而且较少团簇及变形，表现出较好的抗凝血性能。这一结果对人工心脏瓣膜进行表面改性以提高其抗血栓性能具有很大的帮助。

为了寻求激光加工的最佳工艺参量，采用纳秒激光在人工心脏瓣膜材料热解碳的表面加工微细结构，分析脉冲能量、激光扫描次数、脉宽、扫描速率、扫描间距对热解碳消熔规律的影响。根据热解碳的消熔规律构建了3种微结构模型；根据经典超疏水Cassie理论，分析了热解碳表面发生超疏水的条件，计算出在单位面积上，经硅烷化的热解碳表面微结构占总面积的百分数小于20%，表面就可产生超疏水性。以表面接触角值为实验指标，采用正交实验法优化出了激光诱导热解碳表面周期性结构的最佳实验方案，设计了6组实验参量，成功地在热解碳表面构建了凹坑阵列、平行光栅、乳突阵列微结构。结果表明，6种微结构表面硅烷化后都具备超疏水性。这对制备具有抗凝血性的人工心脏瓣膜表面具有很大帮助。

为了研究镁合金在激光冲击载荷作用下残余应力场的特征，采用实验测试和有限元分析的方法对激光冲击区的残余应力进行了研究。试验中使用Nd∶glass脉冲激光对AM50镁合金表面进行冲击强化处理，当激光功率密度为3GW/cm2时，表面的残余压应力值高达-146MPa，残余压应力层深约0.8mm；用有限元分析软件ABAQUS对残余应力场进行数值计算，得到激光功率密度大于0.49GW/cm2时，将产生残余压应力，随着功率密度的增加，残余压应力值增加并趋于饱和；激光功率密度在1.95GW/cm2~3.06GW/cm2之间时，残余压应力值达到饱和。结果表明，实验测试数据与数值计算结果一致性较好，该结果可为激光冲击参量的优化提供理论依据。

为了研究激光喷丸强化对镁合金耐蚀性能的影响，采用钕玻璃激光对AM50镁合金表面进行喷丸强化实验。结果表明，当激光功率密度约3 GW/cm2时，表层材料发生塑性变形，致密度、硬度提高并产生较大的残余压应力，表面残余压应力高达146 MPa。电化学极化曲线测试结果显示，激光喷丸表面的自腐蚀电位和点蚀电位较未处理试样分别提高了64 mV和92 mV，腐蚀电流密度降低了88.6%。在盐雾环境下连续喷雾20 h后，未处理试样表面较激光喷丸试样表面出现了更多更大的点蚀坑，激光喷丸后镁合金表面的腐蚀面积减小了84.7%。激光喷丸强化使镁合金表面的耐蚀性能得到了显著提高。