为改善钛合金（TC4）零部件硬度低、耐磨性差等缺陷，利用激光熔覆技术在TC4表面制备碳化硼/钴基合金（B4C/Cobalt-based）复合涂层。通过有限元法对复合涂层的温度场进行数值模拟，结合复合涂层的表面形貌和显微硬度分析，研究激光功率对单道激光熔覆B4C/Cobalt-based复合涂层的影响。结果表明：随着激光功率的升高，熔池峰值温度升高，热影响区增大，熔池深度增加，宽度几乎无变化；当激光功率为1 600 W时，复合涂层的显微硬度达到最高值，为618.7 HV（2 N加载力），相较于TC4基底提升了79.2%，结合仿真和试验结果揭示了B4C的增强机理。

采用脉冲激光焊技术，搭接DP590双相钢与6061铝合金薄板，对焊接接头的组织形貌、元素分布及力学性能进行了测定和分析。结果表明：采用脉冲激光焊技术，可以实现DP590双相钢/6061铝合金薄板的搭接，焊缝区主要为晶粒粗大的柱状晶组织，热影响区组织为晶粒较为细小、均匀的马氏体和连续分布的铁素体。钢侧显微硬度（3 N试验力）的最大值位于热影响区，为440.1 HV；铝侧显微硬度的最大值位于焊缝区，为325.4 HV。钢/铝焊接接头最大抗拉强度可达35.0 MPa。当其为浅熔深接头时，直接从焊缝界面剥离，而深熔焊接头在铝侧熔合线附近断裂。

利用3 kW光纤同轴激光熔覆设备将Fe-Cr-Mo-Si合金粉末熔覆到Q235钢表面，制备出了耐磨的铁基合金熔覆层，通过金相显微镜、维氏硬度计和摩擦磨损试验机等设备研究了Fe-Cr-Mo-Si熔覆层的显微组织、硬度及摩擦磨损行为。结果发现：Fe-Cr-Mo-Si熔覆层的显微组织均匀致密，且无气孔、裂纹等缺陷；熔覆层主要由树枝晶组成，熔覆层/Q235钢结合面处形成了细小的平面晶组织，熔覆层与基体实现了良好的冶金结合；熔覆层的平均硬度为642.2 HV，约为基体硬度的4倍；当载荷为50 N时，熔覆层和基体试样的平均摩擦因数分别是0.621和0.512，熔覆层的磨损量仅为基体的14.6%；摩擦因数随载荷的增加而减小，磨损轮廓尺寸随载荷的增加而增大；熔覆层的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损，而基体的磨损机制以黏着磨损和疲劳剥落磨损为主。试验结果表明，在Q235钢表面激光熔覆Fe-Cr-Mo-Si合金粉末能够显著提高材料的耐磨性能。

为了有效改善Ti811合金表面硬度及耐磨性能,利用同轴送粉法在Ti811表面制备了激光熔覆复合涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、场发射电子探针显微镜(EPMA)、维氏硬度计及摩擦磨损试验机,系统地分析并研究了涂层的物相组成、微观组织、元素分布、显微硬度及摩擦磨损性能。结果表明:涂层生成相主要包括α-Ti固溶体、陶瓷增强相TiB₂和TiC及金属间化合物Ti₂Ni。涂层显微硬度的提高主要归功于弥散强化及固溶强化效应,最高可达902 HV,较基材显微硬度提高了2.37倍。涂层的磨损体积较基材下降了约27.9%,摩擦系数稳定在0.38~0.42,磨损机理主要为黏着磨损和轻微的磨粒磨损,具有优异的耐磨性能。

为了提高矿用液压支架立柱修复表面的硬度与耐磨性, 利用激光熔覆技术在液压支架立柱母材27SiMn钢表面进行了不同激光扫描速度下的单道激光熔覆铁基合金实验, 对比分析不同扫描速度下的单道熔覆层宏观形貌; 随后在不同扫描速度下进行多层累加激光熔覆铁基合金实验, 分析不同扫描速度下27SiMn钢基体和铁基合金熔覆层的微观组织形貌、显微硬度和力学性能; 进行耐磨性能实验, 研究不同滑动速度和载荷对熔覆层耐磨性的影响。结果表明, 熔覆层和基体之间能实现良好的冶金结合, 熔覆层组织中呈现出了具有典型定向凝固特征的柱状晶; 熔覆层的显微硬度、抗拉强度及耐磨性均高于基体。

为满足航空航天领域同一部件不同部位的性能适用其使用环境的特殊需求, 梯度结构材料逐渐引起国内外学者的广泛关注。采用激光立体成形技术制备TA15-Ti2AlNb梯度结构材料, 研究了TA15-Ti2AlNb双合金材料的微观组织演化和显微硬度。结果表明：随着Al、Nb含量的增大, 激光立体成形沉积态TA15-Ti2AlNb双合金从TA15合金侧到Ti2AlNb基合金侧相的转变依次为α和β相, α、α2和β/B2相, α2和β/B2相, α2、β/B2和O相及α2和B2+O相。且晶粒形貌从外延生长的柱状晶逐渐转变为各向同性生长的等轴晶, 发生显著的CET转变。沉积过程中热影响引起的元素扩散是导致最终稀释区元素分布的主要影响因素, 最终导致沉积试样的微观组织和相组成发生显著改变。

针对常用紧固件防腐工艺不能满足实际防腐需求的难题, 本文提出了基于激光熔覆技术的紧固件防腐新思路并进行了实验验证。实验采用了10种激光熔覆参数, 在镀铬和未镀铬45#钢棒材上制备了哈氏合金C22熔覆层。研究了熔覆层的微观形貌、稀释率、显微硬度及极化曲线。结果表明：熔覆层与基体结合良好, 无明显裂纹。在基体表面镀铬后再进行激光熔覆, 可有效降低熔覆层稀释率。熔覆层表面的显微硬度可达到320HV0.5, 高于基体硬度200 HV0.5。熔覆层具有较高自腐蚀电位Ecorr=-0.335 V和较低自腐蚀电流密度Icorr=2.133×10-6 A/cm-2, 可有效保护基体金属。激光熔覆技术应用于紧固件的防腐具有可行性。

采用选区激光熔化(SLM)技术制备4Cr5MoSiV1模具钢试样, 研究激光线能量密度η对显微组织、碳元素损耗及显微硬度的影响。研究表明：SLM成型4Cr5MoSiV1模具钢试样的显微组织主要为马氏体和少量残余奥氏体。脱碳反应、飞溅行为和元素烧蚀共同造成碳元素的损耗, 当η=950 J·m-1时, 碳元素损耗率高达17.7%。随着η的增加, 试样的晶粒尺寸增大、碳元素损耗率升高、马氏体含量降低; 在同一η下, 试样过渡区的晶粒尺寸最小、碳元素损耗率最低, 而热影响区的晶粒尺寸最大、碳元素损耗率最高。随着η的减小, 孔隙缺陷增多; 当η过大时, 试样将出现冷裂纹缺陷。当η=905 J·m-1时, 试样显微组织均匀, 致密度高, 具有较高的显微硬度(熔池中心区域为710.3 HV, 过渡区为732.4 HV)。

选区激光熔化(SLM) 快速成形金属模具,已成为该领域研究和应用的热点。对S136模具钢粉末在较优工艺参数下的SLM成形件进行微观组织及其形成机理研究。分析了测试件与粉末物相组成及受激光功率的影响规律,测定了熔池边界和熔池内部微观性能并分析了存在差异的原因。实验结果表明,SLM成形的S136模具钢试样接近全致密,熔道搭界良好,熔池边界清晰,但仍观察到微孔隙和微裂纹缺陷,在熔池内部和熔池边界及附近微观形貌不同,熔池边界附近呈现柱状晶,熔池内部呈现胞状晶,微观晶粒细小。成形件与粉末物相均由Fe-Cr相和CrFe7C0.45相组成,碳化物相CrFe7C0.45的含量随激光功率的增大而增多,熔池边界的弹性模量和显微硬度比熔池中心低。