为了解决在钛合金表面通过激光熔覆技术制备得到的Al₂O₃-ZrO₂陶瓷涂层脆性大、易开裂的问题，有效提升钛合金性能，扩大其使用范围，采取在熔覆层材料中添加稀土氧化物CeO₂的方法，对Al₂O₃-ZrO₂陶瓷熔覆层的裂纹敏感性进行了改善。通过分析熔覆层宏观、微观组织，测试熔覆层性能，研究CeO₂含量对熔覆层裂纹敏感性的影响规律，探究CeO₂调控辅助激光熔覆制备Al₂O₃-ZrO₂陶瓷涂层最佳含量，揭示稀土氧化物对熔覆层裂纹敏感性影响的作用机理。结果表明：通过添加稀土氧化物调控，熔覆层裂纹数量明显减少，熔覆层裂纹控制主要归功于稀土元素对熔覆层组织的细晶强化效应；当CeO₂质量分数为0.8%时，熔覆层微观组织最为致密，对裂纹抑制作用最为明显；熔覆层断裂韧性相较未添加稀土调控辅助时有明显提高，从4.1 MPa·m^1/2提高至7.3 MPa·m^1/2。

工程水泥基复合材料(ECC)因其高韧性和多缝开裂特性成为研究热点, 纤维复合材料(FRP)因具有抗拉强度高、密度小、耐腐蚀性好等优点而受到广泛关注。为研究玄武岩复合材料(BFRP)筋增强ECC(BFRP-ECC)的受拉性能以及筋材对基体的裂缝控制机理, 考虑了基体类别和配筋率等因素, 对ECC狗骨试件、BFRP-ECC和BFRP-砂浆薄板试件进行了单轴拉伸试验, 同时借助数字图像相关法(DIC)技术获得了试件受拉过程中的全场应变和开裂状态, 基于Richard的弹塑性应力应变公式提出了BFRP-ECC单轴受拉应力应变本构模型。结果表明: BFRP-ECC的极限拉应力随配筋率的增加而增大; ECC基体对复合材料的受拉性能增强效果优于砂浆基体, 同时以ECC为基体的复合材料在裂缝间距和宽度控制上都明显优于以砂浆为基体的复合材料; BFRP筋能增加BFRP-ECC裂缝处的桥连应力, 减小裂缝间距和宽度, 增加裂缝数量。本文建立的BFRP-ECC单轴受拉应力应变本构模型与试验数据吻合良好, 较好地反映了BFRP-ECC受拉应力应变关系。

研究了K452高温合金激光增材修复时的开裂特性及液化裂纹产生机理,采用低热输入脉冲激光工艺控制液化裂纹的产生,研究了修复区域的显微组织和力学性能。结果表明,K452高温合金在激光增材修复过程中容易产生液化裂纹,裂纹通常起源于热影响区且沿晶界向基体和修复区域扩展;拉应力作用下热影响区晶界上的液膜形成了液化裂纹。低热输入脉冲激光工艺可以有效控制液化裂纹的产生,脉冲激光修复试样修复区的平均硬度为267.9 HV;抗拉强度和屈服强度分别为814.3 MPa和685.8 MPa,略大于铸态基体的强度;延伸率为4.87%,略小于铸态基体的6.25%。低热输入脉冲激光工艺实现了无裂纹的开槽修复,铸态修复试样强度达到了铸态基体的强度标准,延伸率略低于铸态基体。

高Al＋Ti镍基高温合金由于具有良好的高温强度及耐腐蚀性能而被广泛应用于航空发动机的热端零部件, 然其服役环境恶劣, 在长期使用过程中极易发生损伤。激光增材修复技术因其可以实现对损伤构件复杂几何形状和力学性能的高效恢复, 已逐渐成为航空航天及民用燃机发动机热端部件修复的一条重要技术途径。不过, Al＋Ti含量高也意味着合金在激光作用过程中具有较高的开裂敏感性, 易于导致修复失效。系统地介绍了国内外具有代表性的激光增材制造/修复高Al＋Ti镍基高温合金过程中液化开裂的最新研究进展, 指出其目前存在的问题和今后主要的研究方向。

为了解决激光熔覆高硬涂层开裂的问题, 采用CO2激光在20CrMnTi钢表面进行了激光熔覆Colmonoy88合金涂层(熔覆层维氏硬度超过了800 HV0.1)的研究。采用扫描电镜和能谱分析仪对熔覆层微观组织结构进行了分析, 并采用显微硬度计、摩擦磨损试验机等仪器对其性能进行了测试。研究发现提高预热温度可以显著降低熔覆层的开裂倾向, 但不足以使熔覆层中裂纹完全消失; 而CeO2的掺入也可以减少熔覆层中裂纹数量, 且当CeO2的含量w(CeO2)≥0.10%时, 熔覆层中裂纹完全消失。试验结果表明, CeO2的掺入能使熔覆层中晶粒得到细化, 显微硬度分布变得均匀, 耐磨性能得到提高; 且当CeO2的添加量为w(CeO2)＝0.10%～0.15%时, 熔覆层耐磨性能获得最大提高, 与未添加CeO2时相比提高了约67%, 磨损形式为磨粒磨损。

针对镍基高温合金激光熔覆过程中覆层极易产生裂纹的问题, 在高温合金K438基体上激光熔覆Inconel 738合金粉, 研究了熔覆层的开裂机理以及裂纹控制方法。裂纹由靠近基体端的过渡层产生并扩展到熔覆层, 具有典型的沿晶特征, 裂纹的形成主要与熔覆层中的热输入和低熔共晶相有关。从减少激光熔覆层中的低熔共晶相出发, 通过优化激光熔覆工艺参数、添加适量Y2O3以及对基体进行同步冷却, 可在一定程度上减少甚至避免熔覆层裂纹的产生。