利用动电位极化曲线、电化学交流阻抗谱、X射线光电子能谱（XPS）和电子背散射衍射（EBSD）等测试方法研究了固溶时效处理对激光熔丝真空增材制造Ti6Al4V钛合金在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的耐蚀性能的影响规律，其中固溶温度为950 ℃，时效温度分别为 500 ℃和600 ℃。研究结果表明，固溶时效处理后试样的腐蚀电流密度变小，腐蚀后试样表面生成的钝化膜中的高价态氧化物TiO₂的含量增多，钝化膜更稳定，保护效果更好，耐蚀性能明显得到改善，其中500 ℃时效试样的耐蚀性能最优，600 ℃时效试样次之。其原因是固溶时效处理后试样中的针状α'相减少，大角度晶界比例增加，导致耐蚀性能提高。此外，与500 ℃时效试样相比，600 ℃时效试样中的α片层明显变厚，导致耐蚀性能变差。

采用激光选区熔化成形技术制备Ti6Al4V合金试件，通过光学显微镜、扫描电镜和断口形貌分析，系统研究了成形态试样显微组织对力学性能的影响。对比不同打印参数下的微观组织特征，显示沿沉积方向形成β柱状晶，晶内主要分布着针状马氏体α′相，α′相含量越高塑性越差，控制工艺参数可以使针状马氏体α′相原位分解形成α+β相，有利于提高塑性。通过调节激光功率和扫描速度，制备了综合力学性能优异的试件，其抗拉强度达到1 301 MPa，屈服强度达到1 102 MPa，延伸率为7.94%。选区激光熔化成形钛合金经组织调控发生原位分解后，拉伸性能得到提高。

压电陶瓷由于具有逆压电效应被应用于超声电机的制造中，为克服超声电机制造过程中采用有机物粘接方式出现的接头导电性差、易老化和连接精度低等问题，本工作采用磁控溅射方式对PZT压电陶瓷进行表面金属化以提高PZT压电陶瓷与TC4钛合金之间的焊接性并探究了不同金属化层对钎焊接头微观组织的影响。结果表明：Ag与母材之间的结合力较差，未焊合位置出现于Ag层与母材的结合处。当使用Ti/Ag作为金属化层时，由于Ag与Ti的结合力较差，未焊合易出现于Ti与Ag的结合处。当金属化层为Ni/Ag时，Ni可与钎料形成Ni-Sn层，提高接头的连接可靠性。最终确定母材表面金属化层选用复合金属层即母材/Ti/Ni/Ag结构，并对该连接接头典型微观组织进行了分析。结果表明，该复合金属层可提高金属化层与母材之间的结合力并实现PZT陶瓷母材与TC4合金之间的有效连接。连接界面微观组织结构为β-Sn/Ag3Sn/β-Sn+Ni3Sn4/ Ni3Sn+Ni/Ti2Ni/Ti2Ni+α-Ti/PZT。

如何高效获取合适的工艺参数进行激光熔化沉积(LMD)制造高性能零件是一项艰巨的挑战。提出了一种有效进行参数选择的方法，建立了基于LMD工艺的无量纲参数组，利用文献中获取的LMD工艺数据构建无量纲工艺图，确定了本试验LMD制备Ti6Al4V的工艺范围。利用正交试验研究了不同激光功率q、扫描速率v和扫描间距h组合下的无量纲等效能量密度E0*对LMD制备Ti6Al4V块状试样组织和性能的影响。结果表明，LMD制备的试样呈现出明显的柱状晶外延生长特点，柱状晶的宽度随E0*增加而增大。在通过无量纲工艺图确定的最优参数E0*＝3.74下LMD制备的Ti6Al4V试样无熔合缺陷，硬度为391.7 HV，抗拉强度为963 MPa，延伸率为13.4%。结果表明，利用构建的无量纲工艺图缩小工艺参数范围，可以获得综合力学性能优良的样件。

选区激光熔化成形过程中的加工参数对其制件的性能有重要的影响, 因此, 研究了选区激光熔化加工过程中不同扫描速度和不同激光功率对成形的Ti6Al4V合金制件的性能的影响, 主要包括制件的断裂行为, 并从其微观组织结构着手, 研究了Ti6Al4V合金制件的断裂机制。试验结果表明: 在不同的加工参数下, 制备的Ti6Al4V合金制件的断口形貌有显著差异; 通过选择不同的扫描速度和激光功率, 可有效调控Ti6Al4V合金制件断口处金属晶粒的大小、内部孔洞缺陷等。通过对选区激光熔化成形Ti6Al4V合金制件的断口形貌分析, 得到最优化的加工参数为: 激光功率240 W、扫描速度1 200 mm/s、铺粉层厚0.03 mm及扫描间距0.14 mm。此时, Ti6Al4V合金制件的抗拉强度达到1 177 MPa。

研究氩气氛围下钛合金Ti6Al4V激光抛光作用机理对提高材料表面质量和使役性能具有重要意义。采用纳秒脉冲光纤激光器以弓字形扫描路径抛光8 mm×8 mm局部钛合金区域。运用偏光显微镜、光学表面轮廓仪观察抛光后材料表面形貌并测量材料表面粗糙度, 研究不同平均功率、光斑重叠率、脉冲宽度、扫描次数及不同原始表面粗糙度对钛合金表面粗糙度的影响规律。通过全自动显微硬度仪、扫描电子显微镜、X射线衍射分析仪分析抛光后材料钛合金Ti6Al4V组织性能。试验结果表明：随着激光平均功率、光斑重叠率和扫描次数的增大, 钛合金表面粗糙度先减小后增大。随着脉冲宽度的增加, 钛合金表面粗糙度呈下降趋势。原始表面粗糙度越大, 抛光后表面粗糙度缩减率越大; 原始表面粗糙度越小, 抛光后表面粗糙度越小。试验获得的最小钛合金表面粗糙度Ra=0.164 μm, 表面粗糙度缩减率为60%, 抛光后材料表面显微硬度相对于基体提高了6%。抛光后钛合金表面组织由白色等轴状转变为细针状马氏体。

选区激光熔化成形过程中金属粉末的快速熔化凝固会产生较大的热梯度，温度的动态变化对不同粉末成形零件的微观组织和力学性能产生影响。基于有限元分析软件，采用移动高斯热源（Gauss）加载对选区激光熔化成形过程进行三维瞬态温度场模拟，研究Hastelloy X和Ti6Al4V合金的不同属性与温度变化及凝固冷却规律。同时基于选区激光熔化工艺制备Hastelloy X和Ti6Al4V合金试样，对其微观组织和力学性能进行表征。结果表明：Hastelloy X和Ti6Al4V合金瞬态峰值温度分别达到2 777.37 ℃、3 340.88 ℃，平均冷却速率分别为3.93×106 K/s、5.11×106 K/s。在微观状态下，Hastelloy X合金晶粒呈现羽毛状层叠交叉排列，而Ti6Al4V合金内部分布着针状马氏体α′相交错形成网篮组织。相比Hastelloy X合金抗拉强度和屈服强度的728.08 MPa、338.91 MPa，在更高冷速下产生“细晶强化”作用的Ti6Al4V合金的抗拉强度和屈服强度达到了1 134.05 MPa、1 055.83 MPa，远高于Hastelloy X合金，但其伸长率却低于Hastelloy X合金，总体呈现高强度、低塑性的特点。

选区激光熔化是通过激光扫描粉末使其熔化并重新凝固、以逐层叠加的方式来完成零件直接制造的技术。从Ti6Al4V粉末单层烧结试验出发, 基于工艺参数优化, 得到了Ti6Al4V粉末选区激光熔化的线能量密度指导性区间；以此为基础进行多层烧结, 通过试样断面SEM图像得到了其内部结构, 并结合金相、力学性能测试进行了综合分析。结果表明, 线能量密度为0.35~0.55 J/mm时试样具有较好的力学性能, 弯曲强度为1 111~1 179 MPa, 硬度为220~305 HBW；最后, 在优化的工艺参数下实现了三维成形烧结。

为了在Ti6Al4V表面加工不同的微结构, 改变其润湿性, 使其表面具有超疏水性, 采用纳秒光纤脉冲激光对Ti6Al4V表面进行了微加工, 研究了脉冲能量密度和扫描间距对点阵、线阵及网格3种微结构的表面形貌及润湿性的影响, 建立了接触角与表面特征参量Sa,Sd的关系。结果表明,脉冲能量和扫描间距对点阵、线阵及网格结构的表面形貌参量Sa,Sd均有所影响, 且对网格结构的Sa和Sd的影响程度最大, 线阵结构次之, 点阵结构最小; 激光加工Ti6Al4V后, 其表面皆会发生从超亲水到疏水甚至超疏水的自发转变, 不同的脉冲能量、扫描间距加工的微结构均对表面润湿性有不同程度的改善, 其中网格结构对表面湿润性的改善最好, 线阵次之, 点阵最差; 网格、线阵、点阵结构的最大及最小接触角分别为165°,160.5°,142.4°; 132.9°,97°,94.6°, 具有最大接触角的表面参量Sa,Sd分别为0.97μm,1.38; 1.62μm,1.04; 4.14μm,2.39。该研究对改善Ti6Al4V表面润湿性具有一定参考意义。

为了系统研究激光辐照对超音速激光沉积(SLD)Ti6Al4V涂层颗粒界面结合及致密性的影响并揭示涂层界面结合与其耐磨损性能的关系,采用不同功率激光在Ti6Al4V基板上制备了SLD-Ti6Al4V涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度仪和摩擦磨损仪等对涂层的微观特性、物相组成、显微硬度和摩擦磨损性能进行了分析。结果表明,激光辐照会诱使SLD-Ti6Al4V涂层中的颗粒在界面处发生原位氮化反应,生成氮化钛陶瓷相,且随着激光辐照功率的升高,氮化钛的尺寸和含量会增加。当激光辐照功率为800 W时,氮化钛陶瓷相的宽度可达4.5 μm,且在涂层中的面积占比可达28.06%。由于界面处的氮化钛陶瓷的相对孔隙具有闭合效应,SLD-Ti6Al4V涂层的孔隙率可从冷喷涂(CS)Ti6Al4V涂层的8.28%降至1.85%。由于高硬度陶瓷相的存在,SLD-Ti6Al4V涂层的显微硬度可达到360~370 HV。此外,SLD-Ti6Al4V涂层较Ti6Al4V基体和CS-Ti6Al4V涂层具有更优的耐磨损性能,这是由于SLD-Ti6Al4V涂层在高能激光束加热与高压氮气源的共同作用下,在颗粒界面处原位生成了Ti₂N、TiN等氮化物反应层,涂层致密度得到提高,颗粒之间形成了冶金结合,界面结合强度也得到提高。这些原位生成且结合良好的氮化钛陶瓷相使SLD-Ti6Al4V涂层的耐磨损性能得到提高。