采用超声波辅助激光熔化沉积法制备了Al-12Si试样, 研究了激光功率、扫描速度、扫描间距及超声波功率对沉积层致密度的影响规律, 采用金相显微镜、扫描电镜、电子背散射衍射技术和拉伸试验分析了工艺优化后沉积试样的微观组织和力学性能。结果表明, 沉积试样的致密度随着激光功率、超声波功率的增大而增大, 随着扫描速度、扫描间距的增加先增加后降低。当采用激光功率1 100 W、扫描速度6 mm/s、扫描间距1.0 mm、超声波功率1 000 W的工艺参数, 对同一沉积层进行两次相互垂直的扫描策略时, 能够获得沉积层致密度最高为99.1%的试样。此时沉积层中主要由晶粒尺寸为2.5~75 μm的α-Al固溶体和铝硅共晶两种组织构成。由于试件致密度的提高, 其抗拉强度和延伸率分别比无超声波下最优工艺试件提高了17%和53%。

针对同轴送粉激光熔覆气-粉耦合传输过程，提出了一种等效模型。该等效模型考虑粉末与喷嘴壁、粉末之间复杂碰撞行为对粉末出射角度和速度的影响。并建立了喷嘴外部的气-粉传输模型。对粉末瞬态位置、运动轨迹及连续分布的平均密度进行模拟，研究工件表面状态和压缩气流速对上述变量的影响规律。结果表明：粉束整体形貌、聚集位置及轨迹线密度的模拟结果均与实验结果吻合较好；熔池未形成时对粉末的反弹在距离工件约10 mm高度的粉束中心区域较为显著，该区域的粉末密度最大提升了约1倍，而随着距离工件的高度增加，粉末密度的提升效果逐渐减弱；压缩气流速提高至2.5 m/s时，粉束中心轴线上粉末密度增加至约5.2 kg/m³，而压缩气流速继续提高至5.0 m/s时，中心线上粉末密度则下降了约8%。

为提高海洋集输用材综合力学性能和耐腐蚀性能, 降低海洋环境用材的损耗, 开发了一种高熵合金海洋用材料。方法是利用激光熔覆技术制备碳含量质量分数为0.5%、1.0%、1.5% CrMnFeCoNi高熵合金, 研究了不同碳含量的高熵合金微观组织、组成相、显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性。结果显示随着碳含量升高, 合金组织中渗碳体和马氏体含量逐渐升高, 马氏体、渗碳体形貌以及组成相也会发生转变; 合金显微硬度先升高后降低, 含碳量为1.0%时达到峰值242.667 HV0.5; 合金耐磨性随着含碳量的升高逐渐升高, 含碳量为1.5%时, 耐磨性最好; 含碳量上升, 合金的耐腐蚀性能先上升后降低, 1.0%含碳量合金耐腐蚀性最佳。综合力学性能及成本考虑, 实验最终选用含碳量为1.0%的CrMnFeCoNi高熵合金作为新型海洋集输系统用材。

对高速列车制动盘进行表面改性提高耐磨性是制动盘发展的趋势, 但激光熔覆镍基自熔性合金粉末后显微硬度过高, 且随熔覆层厚度增加开裂趋势越明显。为此, 研究采用微合金化技术, 探索微量合金元素对熔覆层组织及性能的影响, 通过依次添加不同含量的V、Ti、B、Si等合金元素, 优化粉末配比, 进而达到改善熔覆层目的。研究结果表明: Ti粉末晶粒细化的效果比V粉末更加明显, 最佳添加量为1%; B粉末、Si粉末优化含量分别为3.5%和4.5%。熔覆试样摩擦磨损性能测试表明: 优化配方的合金粉末熔覆层磨损率低, 耐磨性佳, 与微观组织观察、显微硬度及成形性的结果相吻合。

为了解决激光熔覆近净成形薄壁零件易开裂问题和倾斜零件的效率问题, 采用温度场和应力场数值模拟及工艺实验相结合的方法, 使用316L不锈钢粉末进行了有角度薄壁件的激光熔覆近净成形。研究结果表明, 连续成形不仅会导致薄壁零件成形区域温度过高引起塌陷及过熔现象, 而且残余应力会超过材料屈服强度, 造成薄壁零件开裂; 连续熔覆5层后再冷却10 min的工艺措施不仅可以有效降低成形区域温度, 保证初始成形条件相对稳定, 而且避免了逐层冷却, 提高了成形效率; 制备的有角度薄壁件层间界限分明、表面平整。

通过介绍激光选区烧结工艺中的主要金属粉末材料,指出了该工艺对金属粉末材料的要求及选择和设计原则,明确了金属粉末材料应在成形精度、成形速度、成形件强度及成本等方面与工艺相匹配,并提出了适合金属件直接快速制造的金属粉末材料的发展和改进方向.