激光定向能量沉积（LDED）是受损大型关键构件几何特征修复和性能强化的典型修复技术，但其目前仍面临残余应力、孔洞和裂纹等问题。激光冲击强化（LSP）为解决以上问题提供了新思路。笔者以H13钢粉作为待沉积粉末，采用LDED技术对受损的45钢基体进行修复；然后利用LSP后处理强化LDED修复层，以解决传统LDED修复材料的质量问题。结果表明：随着LDED激光功率增大，H13钢修复层的晶粒逐渐细化，渗碳体溶解，耐磨性提升；LSP后处理会使修复层近表层的晶粒明显细化，显著降低LDED修复试样的摩擦因数，进一步提升其耐磨性。最后，笔者系统揭示了LDED+LSP激光复合再制造工艺诱导的微观组织演化（晶粒细化和渗碳体溶解）及其增强修复层耐磨性的机制。

为了解决316L不锈钢基板直接电沉积的困难、前处理复杂和现有局部电沉积技术柔性差的问题，在电沉积系统中引入激光，在利用激光去除不锈钢表面氧化膜的同时实现了无掩模诱导定域电沉积。采用扫描电子显微镜、X射线色散谱分析法、循环伏安法和电流-时间曲线对加工机理及镀层性能进行了理论和试验分析，研究了激光的单脉冲能量、扫描速度和脉冲频率对镀层表面形貌的影响规律，并研究了热累积效应对沉积精度的影响。试验结果表明，激光的引入可以在未经前处理的不锈钢表面实现局部电沉积，且镀层表面质量、耐蚀性和结合力较好，尺寸精度和沉积速率高。

基于激光熔覆同轴送粉成形技术，利用316L不锈钢粉末和镍基718高温合金粉末制备二维突变梯度材料。通过电子探针检测技术在宏观层面分析整个试样的元素变化规律，通过扫描电镜及其附带的能量色散谱仪在微观层面分析界面处的微观组织及元素变化规律。结果表明：在宏观分析时元素含量突然变化，在微观分析时发现存在长约500 μm的过渡区间；界面处显微硬度变化显著，微观组织逐渐变化，但镍基718高温合金侧元素偏析明显，以Laves相和碳氮化物为主，316L不锈钢侧以胞状晶为主，且含有少量碳氮化物。

以WC为强化相颗粒,在AISI H13热作模具钢表面制备了纯铁基合金熔覆层和WC质量分数为3%、6%、9%铁基合金熔覆层。在优化工艺参数的基础上,研究了熔覆层中的WC分布以及熔覆层的组织形貌、物相和磨损行为。结果表明:熔覆层与基体之间形成了良好的冶金结合,熔覆层组织主要由枝晶和共晶组成;加入WC颗粒后,其周围区域出现了组织细化现象;熔覆层因硬质相而获得了更高的硬度,且其耐磨损性能相比于基体有明显提升;当WC质量分数为3%、6%、9%时,熔覆层的硬度和耐磨性能比铁基熔覆层有较大提升;熔覆层的磨损机制主要为磨粒磨损,并伴有不同程度的黏着磨损;随着WC质量分数的增大,熔覆层的氧化磨损程度逐渐加深。

采用高能激光束对H62黄铜进行单层和三层激光冲击强化(LSP),研究激光冲击前后微观组织、截面显微硬度以及表面粗糙度的变化,发现激光冲击明显细化了H62黄铜的晶粒,形成纳米结构层,并增加了其显微硬度和表面粗糙度,且显微硬度和表面粗糙度随冲击层数的增加而增大。利用UMT-2摩擦磨损实验机分别对原始试样、LSP试样进行摩擦磨损实验,分析了三种试样的摩擦系数、磨损率和磨痕形貌差异,发现在相同的摩擦条件下,LSP试样的摩擦系数和磨损率均比原始试样小,且随着冲击层数从单层增加到三层,摩擦系数和磨损量变得更小,表明LSP能够提高H62黄铜的耐磨性,多层LSP对H62黄铜耐磨性的提升效果更佳。激光冲击后,试样的磨损机制由以剥层磨损为主转变为以磨粒磨损为主。

利用激光冲击强化技术对AM50镁合金进行了表面处理, 研究了试样在NaCl溶液中的抗应力腐蚀性能和断口形貌的变化, 并对断口进行了成分分析; 研究了激光冲击层数和氯离子浓度对AM50镁合金耐腐蚀性的影响。结果表明, 大面积激光冲击强化处理的AM50镁合金表面产生了残余压应力, 表层晶粒得到细化, AM50镁合金的抗应力腐蚀性能得到改善。AM50镁合金的抗应力腐蚀性能随激光冲击层数的增加而增强, 但随氯离子浓度的增大而减弱。

采用ABAQUS有限元分析软件, 建立了一种“焊接+激光冲击强化(LSP)”应力分布模型, 研究了不同能量LSP对316L不锈钢氩弧焊焊缝区域应力分布及应变的影响。研究结果表明, 由该模型模拟得到的残余应力分布与试验结果一致。LSP在焊缝区域表面诱导出残余压应力层, 消除了焊接热影响引起的残余拉应力; 随着激光脉冲能量的增大, 激光冲击诱导的残余压应力以及压应力层厚度增加, 但增加幅度减小; 焊接件表面应变峰值随着激光脉冲能量的增加而增大。

研究了激光冲击强化(LSP)对316L不锈钢熔覆层表面显微硬度、残余应力以及微观结构的影响。结果表明, LSP后熔覆层表面的显微硬度和残余应力得到明显改善; 微观结构发生明显变化, 晶粒由柱状晶转变为等轴晶, 晶粒得到细化; 熔覆层自腐蚀电流密度降低, 材料耐腐蚀性得到提高。

对激光冲击强化（LSP）TA2工业纯钛拉伸试样在不同温度条件下的断口进行表征和分析，考察了温度对断口特征形貌和拉伸性能的影响。结果表明，在相同温度下，LSP后的试样比未处理试样的拉伸断口颈缩现象明显，且塑性更好。随着温度的逐渐升高，断裂形式从脆性断裂变为混合断裂、最后变为韧性断裂。

采用激光冲击强化(LSP)处理方法研究了激光冲击强化对AM50铸造镁合金深度方向的晶粒结构、显微硬度和残余应力的影响。结果表明，经过单次冲击强化后， 合金表层的显微硬度值、残余压应力值均有明显改善;在冲击强化层，原始粗晶明显细化，表层显微硬度值提高了19%，残余压应力达到-225 MPa，且显微硬度提高区、晶粒细化层及残余压应力层的深度明显增大；当冲击次数增加到2次时，显微硬度、晶粒尺寸和残余应力得到进一步改善。