为进一步提高铝基复合材料的强度与韧性，避免强韧性倒置关系，通过在铝基体中加入不同体积分数与尺寸的钛合金骨架结构，制备出强韧性可调控的仿竹纤维Al-Ti复合结构。研究发现：钛合金强化骨架与铝合金基体界面间发生了扩散反应，形成了致密的冶金结合，界面内析出相为钛铝金属间化合物。与传统铝基复材相比，复合结构铝基复合材料抗压强度高达380~1085 MPa，形成一体化微/宏观“高强-高韧”纤维状复合结构。对微观变形机制进行研究：高强度化合物的析出有效阻止了异质界面内裂纹萌生、扩展。同时高分辨下观察发现，界面内析出的Ti₃Al相变形后在晶粒内部形成了有效的变形孪晶，提升了界面内高、低模量析出相间协调变形能力，是复合结构增强-增韧的主要机制。

熔融生长的Al₂O₃-ZrO₂共晶陶瓷具有优异的高温性能。采用激光粉末床熔融（LPBF）直接制备Al₂O₃-ZrO₂共晶陶瓷，研究了不同激光功率下的单道形貌特征及块体表面质量、物相组成、微观组织结构的演变规律和力学性能。结果表明，激光功率的提升将增加熔池的长度和单沉积道的宽度。Al₂O₃-ZrO₂共晶陶瓷的表面粗糙度（R_a）和气孔率均随着激光功率的增加先降低后升高。在没有添加Y₂O₃等稳定剂的条件下，Al₂O₃-ZrO₂共晶陶瓷的物相主要包括α-Al₂O₃、m-ZrO₂和亚稳相t-ZrO₂。随着激光功率的增加，m-ZrO₂逐渐减少，这是由于LPBF的快速冷却过程抑制了马氏体相变。样件的晶粒尺寸随着激光功率的增加呈增大趋势，晶界密度减小，因此测量的显微硬度和断裂韧性呈现下降的趋势。当激光功率为60 W时，得到硬度为H_v=17.19 GPa和断裂韧性为K_IC=6.67 MPa·m^1/2的最优力学性能样品。

利用时域有限差分算法（FDTD）对微纳结构靶的光场分布进行仿真模拟，探究微纳结构靶中的光传输机制，分析材料特性和结构参数对光传输特性和光场分布的影响。基于光场分布及演化的仿真模拟结果，对比半导体氧化铝、绝缘体二氧化硅和金属铜三种导电性不同的材料上纳米线和纳米孔阵列微纳结构靶的激光传输特性，分析光传输过程中的光场分布变化。研究结果表明，通过改变氧化铝和二氧化硅纳米孔（线）阵列结构靶中孔洞（纳米线）直径和间距等结构参数，可以实现对微纳结构靶中光传输特性和光场分布的调制，实现光场在介质材料和真空区域间的周期振荡分布，或是以一种稳定形态传输；激光在铜纳米孔阵列中传输时，透光性随孔洞半径的增加而增加。基于光场分布及演化的仿真模拟结果，对比不同材料、不同微纳结构靶的激光传输演化特性，给出物理图像及对应现象规律，根据光场调控需求，给出微纳结构靶设计。

界面金属间化合物的厚度和种类是影响铝/钢异种材料激光熔钎焊接头性能的关键。研究了不同摆动参数下接头金属间化合物（IMCs）的厚度和种类，并进一步分析了不同摆动参数下接头的拉伸性能及断口形貌。结果表明，摆动激光可以改善铝/钢异种材料激光熔钎焊接头界面金属间化合物的厚度和相组成。未加摆动激光时，在界面形成了厚度约为8.45 μm的两层IMCs，焊缝侧IMCs为τ₅-（Fe，Ni）_1.8Al_7.2Si，钢侧IMCs为θ-（Fe，Ni）（Al，Si）₃。当激光摆动直径为2 mm、频率为30 Hz时，IMCs的分布更加连续均匀，厚度约为2.21 μm，界面层组织为τ₅-（Fe，Ni）_1.8Al_7.2Si，最优接头线载荷为289.1 N/mm，比未加摆动激光时的接头线载荷提高了约33.9%。

针对目前激光选区熔化难以直接成形大尺寸、高强度铝合金构件的问题，对定向能量沉积（DED）连接激光选区熔化成形Al-Mg-Sc-Zr合金的工艺进行研究，分析缺陷分布的位置、形貌以及对力学性能的影响，对比分析定向能量沉积参数以及超声外场辅助下连接试样的微观组织、元素分布和力学性能，并通过热等静压进一步提升力学性能。结果表明：缺陷主要分布在基材与连接区交界的熔合区，密集气孔聚集导致熔合区硬度远低于连接区和基材的硬度，并使整体拉伸性能弱化。在75~150 J/mm²激光能量密度范围内，随能量密度增大，致密度和抗拉强度均提升。采用3000 W激光功率、5 mm/s扫描速率、3.7 g/min送粉速率，得到最高的熔合区硬度、连接区致密度以及抗拉强度，分别为90 HV、90.83%、203.38 MPa。超声外场辅助会促进Al₃（Sc，Zr）强化相的析出并细化晶粒，且能够有效减少气孔的数量和缩小气孔的尺寸。超声后试样的综合力学性能得到显著提升，熔合区硬度为95 HV，致密度为93.06%，抗拉强度为292 MPa，较未加超声时分别提高了5%、2.4%和44%。超声后采用热等静压的后处理方法，可使综合力学性能得到进一步提升，熔合区硬度为160 HV，致密度为99.99%，抗拉强度为405.71 MPa，较未热等静压时分别提高了68.4%、7.4%和38.9%。

Ti-6Al-4V is a benchmark Ti alloy. Laser wire additive manufacturing (LWAM) offers advanced manufacturing capability to the alloy for applications possibly including exploration of outer space. As a typical multiple-variable process, LWAM is complex, which, however, can be analyzed, predicated or even optimized by artificial intelligence (AI) methods such as machine learning (ML). In this study, printing parameters of the Ti-6Al-4V is firstly optimized using single-track-single-layer experiments, and then single-track-multiple-layer samples are printed, whose properties in terms of hardness and compressive strength are analyzed subsequently by both experiments and ML. The two ML approaches, artificial neural network (ANN) and support vector machine (SVM), are employed to predict the experimental results, whose coefficients of determination R² show good values. Further optimized properties are realized by adopting genetic algorithm (GA) and simulated annealing (SA) approaches, which contribute to high mechanical properties achieved, for instance, an engineering compressive strength of about 1694 MPa. The results here indicate that important mechanical properties of the LWAM-prepared Ti alloys can be well predicted and enhanced using suitable ML approaches.

通过激光熔覆技术在AZ91D合金表面制备Al-TiC和Al-TiC-Y2O3熔覆层，研究Al∶TiC质量比和Y2O3添加量对熔覆层截面形貌、物相、硬度和耐腐蚀性能的影响。结果表明：不同Al∶TiC质量比的Al-TiC熔覆层和不同Y2O3添加量的Al-TiC-Y2O3复合熔覆层都与AZ91D合金基体实现了良好的冶金结合；Al-TiC熔覆层的主要物相为Ti3AlC、TiC、Mg2Al3和Al3Mg2，加入Y2O3后的Al-TiC-Y2O3熔覆层中新产生了Al3Y和Al4MgY相；当Al∶TiC质量比为8∶1、4∶1和2∶1时，相应的Al-TiC熔覆层的硬度约为AZ91D合金的2.75、3.24和3.94倍，而加入Y2O3后Al-TiC-Y2O3熔覆层的硬度进一步提升；不同Al∶TiC质量比Al-TiC熔覆层的耐腐蚀性能都高于AZ91D合金，且Al∶TiC质量比为8∶1时熔覆层的耐腐蚀性能最好，在此基础上添加原料质量0.6%的Y2O3，Al-TiC-Y2O3复合熔覆层具有最高的硬度和最佳的耐腐蚀性能。

动力电池中铝/铜高质量焊接是保证电池模块高效工作的关键，针对1050 Al/T2 Cu，采用铝上铜下的装配方式实现了蓝-红复合激光搭接焊。研究了焊接速度对试样焊接质量、金属间化合物形成、机械性能及导电性能的影响规律。结果表明：焊接速度过低，则会在焊缝中形成飞溅、熔穿孔洞等缺陷；焊接速度过高，则无法实现铝/铜之间的有效连接。通过实验发现：合适的焊接速度能使铝/铜实现良好的冶金结合，焊缝组织由α-Al、Al-Cu共晶相、θ-Al₂Cu组成；随着焊接速度的增大，焊缝组织的不均匀性加剧，化合物大量聚集在焊缝界面处。当焊接速度为60 mm/s时，抗拉强度最高达到571.5 N，接触电阻最低达到89 μΩ，裂纹源开始于两板交界处的Al₂Cu区域，扩展到底部Al固溶体和Al-Cu共晶区交界处，断裂形式为解理断裂。