激光直接沉积技术由于制造尺寸不受限制、材料自由度高，可用于制造大型金属零件，但常规激光直接沉积技术难以同时兼顾打印效率和打印质量，极大地限制了该技术的推广应用。为此，高速激光直接沉积技术成为了研究热点。本文探讨了扫描速度和激光功率对Inconel 718激光直接沉积工艺特性的影响，分析了常规和高速激光直接沉积的表面形貌、组织特征、内部缺陷和力学性能的变化规律，最后指出了将高速激光直接沉积技术应用于三维增材制造中所面临的挑战，为今后高速激光直接沉积技术的发展提供了方向。

采用MSC Marc软件建立了热力耦合有限元模型，分析了激光直接沉积过程中的温度与应力变形的演变过程。考虑高温下钛合金的应力松弛行为，通过多次迭代修正了材料本构方程。同时，基于热电偶与激光位移传感器开发了成形过程中的瞬态实时测量装置，对钛合金薄壁件实际成形过程中的温度和变形进行了原位测量。对修正后的模型的模拟计算值和实测值进行比较与分析，结果表明：原位测量结果与模拟结果的温度误差仅为7.9%，变形误差为19.6%，基板变形的规律一致；沉积层总体呈拉应力状态，主应力方向与沉积方向一致。

以Fe60合金粉末为原材料, 通过添加1%～5%的SiC形成复合合金粉末, 利用激光直接沉积技术在Q235钢表面制备SiC增强Fe60合金高耐磨涂层, 主要应用OM、SEM、EDS、XRD、显微硬度测试和摩擦磨损等分析手段对样品的组织结构及性能进行了研究。结果表明, 在优化的激光工艺参数: 功率1 700 W、扫描速度6 mm/s、送粉量8.8 g/min、搭接率30％、光斑直径4 mm×4 mm和300 ℃预热等条件下, 成功制备出了无裂纹缺陷厚度达到6 mm的Fe基合金涂层; 沉积层组织由等轴晶、枝晶、柱状晶组成, 主要由α-Fe、γ-Fe及Cr23C6、Fe2B、Cr3Si原位增强相组成; 发现在300 ℃温度下预热能够有效消除制备高C高Cr含量Fe基涂层易出现裂纹的难题; 当SiC添加量为3％时, 制备涂层具有最高的硬度达到1 072 HV, 比未添加SiC的合金涂层提高了284 HV, 具有良好的耐磨性能。

通过激光熔化沉积工艺制备出Ti60合金和质量分数为5%的TiCp/Ti60复合材料，分析比较了两种材料的微观组织及高温(600 ℃)拉伸持久性能。结果表明，所沉积TiCp/Ti60复合材料中初生TiC呈树枝晶分布于原始β晶界，共晶TiC呈颗粒状分布于α -Ti板条间，TiC的存在导致基体组织细化。TiCp/Ti60复合材料较基体合金具有更加优异的高温(600 ℃)拉伸持久寿命，其高温拉伸持久断裂过程为：增强体与基体界面脱粘、α -Ti/β -Ti的界面处微孔形核、长大、横向扩展及连接，最终导致复合材料的失效。

通过激光熔化沉积工艺制备出Ti60合金和TiCP(质量分数为5%)/Ti60复合材料薄壁材料，分析了两种材料的显微组织及600 ℃下的高温拉伸性能。结果表明，激光熔化沉积Ti60合金具有典型的魏氏组织特征，在亚晶界处和α/β界面处存在球形富钕稀土相；TiCP/Ti60复合材料中存在少量未完全熔化的TiC颗粒，熔化析出的TiC相呈断续链状，均匀分布于基体中，TiC与钛合金基体的界面结合良好。在600 ℃下，TiCP/Ti60复合材料的拉伸强度比Ti60合金提高了65 MPa，而延伸率明显降低。Ti60合金在高温下发生韧性断裂，而TiCP/Ti60复合材料的断口特征比较复杂，既有沿晶断裂和准解理断裂也有局部的韧性断裂。

通过激光熔化同步输送的Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.5W-0.15B合金粉末，在TC4钛合金基板上逐层沉积制备出γ-TiAl合金的薄壁样品，分析了所沉积材料的开裂行为、微观组织、相组成及力学性能。结果表明，激光熔化沉积的γ-TiAl合金具有较高的开裂倾向，缩短激光扫描沉积的长度及引入具有较高韧性的钛合金作为过渡材料，可大大减缓薄壁沉积时的温度梯度和热应力，从而避免开裂的发生；激光熔化沉积γ-TiAl合金的内部组织致密，由α2+γ的层片状晶团及少量γ相组成，层片晶团的尺寸约10 μm；沉积状态下，沿薄壁长度及高度方向的室温抗拉强度分别为810 MPa和575 MPa，沿高度方向750 ℃下和长度方向850 ℃下的高温拉伸强度分别为550 MPa 和625 MPa。

采用同轴送粉激光熔化沉积方法在0Cr18Ni10Ti不锈钢表面制备出420不锈钢的多层涂层及薄壁样,着重分析了沉积涂层的微观组织、硬度、界面结合情况及抗腐蚀性能。结果表明,激光熔化沉积的420不锈钢为单相α马氏体,沉积材料内部组织致密均匀,沉积材料的硬度在47-51HRC;沉积涂层与基体为完全冶金结合,沿沉积高度方向沉积材料的拉伸强度及界面的结合强度均大于基体材料的强度,界面结合强度达790MPa;与基体材料相比,所沉积420不锈钢的自腐蚀电位低、极化电阻小,抗腐蚀性稍差,该涂层可用于低腐蚀环境下0Cr18Ni10Ti不锈钢表面的强化及420不锈钢零件的修复。

在保护气氛下,通过激光熔化同轴输送的TA12钛合金粉末,在TA15钛合金基体上逐层沉积制备出TA12钛合金薄壁样,分析了所沉积材料的微观组织、相组成及力学性能。结果表明,激光熔化沉积的TA12钛合金的内部组织致密,沉积材料与基体为完全冶金结合;激光熔化沉积TA12钛合金为等轴晶组织,晶粒内部为不同取向的细小片层α相与少量β相组成的网篮状魏氏组织,随着激光功率的增加,原始β-Ti晶粒的尺寸稍许增大;沉积状态下沿激光扫描运动方向室温及550 ℃高温下的拉伸强度均达到了退火棒材的要求。

采用激光快速成型技术制备了316L不锈钢零件,研究了激光功率对激光快速成型不锈钢零件组织、性能的影响.研究结果表明,激光功率≤900 W条件下,所成型的不锈钢薄壁墙的组织为枝晶组织,当激光功率升高到1150 W时,枝晶组织变得更短.机械性能测试结果显示,在各激光功率下制备的不锈钢薄壁墙的机械性能均可满足实际使用要求.

采用激光熔化同步输送的Al/B4C复合粉末,在45#钢基体上制得Al/B4C多层熔覆层,其组织致密均匀,B4C颗粒大部分已分解,有两种针状相生成并均匀分布在铝基体上,经分析可知是Al4C3及AlB12C2.熔覆层具有较高的硬度.