通过ANSYS有限元软件数值模拟和实验相结合，研究了超声波在BT20钛合金修复件和熔池中的传播特性。结果表明，在变幅杆做纵向振动的前提下，当与其耦合的修复件长度小于变幅杆上纵波波长的23%时，修复件表面振动为纵向振动；当修复件长度大于波长的28%时，其表面变为弯曲振动；随着修复件长度的增加，其谐振频率也在纵波波长的23%～28%范围内出现跳跃并重新分布；且在两种不同类型的振动中，随着修复件长度的增加，谐振频率都出现递减的趋势；在熔池中施加频率为19.56 kHz、振幅为0.2 μm的超声振动后，其内部出现周期性交替变化的正负声压，负压值可达到几十万帕。

为了改进Ti6Al4V钛合金的高温耐磨性能, 采用激光沉积制备技术, 通过改变同步送粉双料仓速率方式, 在Ti6Al4V钛合金表面制备了以WC颗粒为强化相的钛基梯度复合涂层。对耐磨涂层的微观组织进行了观察, 测量了涂层和Ti6Al4V基材的显微硬度和在500 ℃条件下的摩擦磨损性能, 并对涂层的强化机制和磨损机理进行了分析。结果表明: WC颗粒增强相均匀弥散分布在基体中, 并因吸收激光能量的不同而呈现不同的形态。由于WC颗粒和生成的TiC弥散强化及激光沉积基体组织的细晶强化作用, 基材的硬度和耐磨性均得到了提高。在相同的摩擦磨损条件下, 复合涂层较钛合金基材的耐磨性提高了约5 倍。

在激光沉积成形中, 为了保证试件的成形质量, 其关键因素是找出相互匹配的工艺参数。利用多组对比试验, 通过分别改变激光功率、扫描速度、送粉速率和扫描间距来探究工艺参数对沉积表面成形质量的影响规律, 并根据规律总结出工艺参数与粉末熔化率的关系公式, 推算出了一系列相互匹配的工艺参数。

采用红外测温仪实时跟踪测量方法实现了钛合金激光沉积成形熔池温度的测量, 研究了不同激光功率、扫描速度和送粉速度以及不同扫描路径对熔池区域温度和成形宽度、高度的影响规律。结果表明, 随着激光功率和送粉速度的增大, 熔池温度升高, 成形高度、宽度变大; 随着扫描速度的增加, 熔池温度下降, 成形高度、宽度变小; 扫描路径不同会产生不同的温度梯度, 温度梯度的不同会直接影响成形件高度; 并从能量输入角度分析了熔池区域温度和成形宽度、高度的变化原因。为通过实时红外检测熔池温度调控工艺参数和优选扫描路径来提高成形质量提供了指导依据。

在激光熔覆成形过程中，送粉喷嘴性能的好坏对熔覆成形件的质量具有重要影响。为探究影响送粉喷嘴性能的关键参数，建立了数值计算模型，应用FLUENT软件对送粉通道不同收缩角度和送粉口不同直径条件下的粉末流场情况进行了数值模拟，并依据模拟结果确定了送粉喷嘴的关键参数。计算结果表明，在其他参数一定的前提下，选样送粉通道收缩角度2.5°和送粉口直径1.5 mm时，有利于提高送粉喷嘴的粉末汇聚性，改善熔覆成形效果。依据该关键参数制造出送粉喷嘴的实体，进行了粉末汇聚、激光熔覆成形实验，验证了该送粉喷嘴的效果。