为优化TA2工业纯钛的激光焊接工艺，以ABAQUS软件为平台，采用有限元分析法建立了非线性瞬态热力耦合模型。分析厚度为6 mm的TA2工业纯钛激光焊接过程的热应力场。考虑了材料热物理性能参量的温度依存性，利用FORTRAN编程实现了移动高斯面热源和圆锥体热源复合的加载。通过实验验证了复合热源的可靠性，并对比分析了不同工艺参数下熔池内不同位置的最高温度及不同温度区间内的冷却速度。结果表明，激光功率和焊接速度对熔池的最高温度和不同温度区间的冷却速度均有较大影响，且熔池受焊接速度的影响更大。

采用纳秒激光在纯钛片表面制备微织构,并辅助化学处理的方法,获得了类似“荷叶效应”且润湿稳定的超疏水表面。通过调整激光加工工艺参数,获得了具有不同润湿性的微纳米结构;在此基础上,采用全氟癸基三甲氧基硅烷和乙醇溶液的混合溶液在微结构表面制备涂层。采用扫描电子显微镜和能谱分析后可知钛板在激光作用下产生了多尺度的氧化钛多孔微结构;通过接触角测量表征进一步分析了钛片表面的亲水性与微纳米结构表面变化规律的关系,以及涂层对表面润湿性的影响,为生物医学药物输送方面的研究提供了参考。

通过分析接头的显微组织、拉伸性能、扩孔率及杯突值, 研究了热输入对激光对接接头组织及性能的影响。结果表明, 接头保护效果较好, 焊缝中心显微组织为针状α晶粒＋粗大α晶粒, 热影响区组织为不规则的粗大α晶粒＋少量锯齿状α晶粒, 线能量对晶粒尺寸影响较大; 接头拉伸性能随热输入的提升呈先上升后下降的趋势, 热输入为400 J/cm时, 接头具有最优的拉伸性能; 提高热输入, 接头成形性能逐渐下降, 热输入为300 J/cm时, 接头成形性能最优。

激光冲击强化利用激光冲击波力学效应可提高金属材料力学性能，现有实验手段难以测量波后动态物理参量、局部动态力学量以及微观组织动态运动过程。采用分子动力学方法，在300 K初始温度下对纯钛进行冲击模拟，观察到冲击加载下冲击波在纯钛中传播的动态双波结构，得到了加载过程中的力学量动态变化以及力学作用下孪晶的动态生长过程。塑性变形过程中，由于位错的塞积和释放，正应力上升的同时剪切力和流变应力不断下降，形成平行孪晶栅。在受冲击表面观察到了极薄的非晶层，其形成与超高应变率塑性变形和动态再结晶相关，且孪晶和非晶层结构均与透射电子显微镜结果吻合较好。

目的：运用光纤激光焊接技术, 探索一组较优参数对断裂的纯钛可摘局部义齿支架进行激光焊接修复。方法：在制备的试件上, 使用YLS-3000光纤激光器(最大功率为3 000 W)和KUKA机器人作为铸件加工的执行机构, 采用手工编程或自动编程方式及轮廓控制方式进行精确的轨迹插补运动, 调整激光功率、扫描速度、扫描次数, 通过金相组织分析及组织纤维洛氏硬度分析得到较优工艺参数。基于此参数对断裂的纯钛义齿支架进行激光焊接修复。结果：成功完成了关于纯钛可摘局部义齿支架光纤激光焊接关键技术的研究, 并获得符合临床要求的纯钛义齿支架。结论：在利用光纤激光器焊接修复断裂的铸造纯钛可摘局部义齿过程中, 探索合适的工艺参数对焊接区形成良好的冶金结合和提高铸件的机械性能至关重要。

采用完全正交的方法进行工业纯钛激光焊接, 分别对不同焊接功率和速度输入条件下焊缝表面成形和横断面进行观察, 并利用光学显微镜、显微硬度计、扫描电镜等仪器对焊缝的微观形貌及力学性能进行了测试分析。结果表明, 焊缝主要由粗大晶α晶粒和针状α晶粒组成, 但在不同热输入情况下出现了锯齿状α晶粒和孪晶。焊缝和热影响区的显微硬度明显高于母材并且焊缝的硬度值最大, 焊接接头的抗拉强度高于母材, 焊接试样均断在母材。因此, 选用高功率和高速度的焊接工艺参数, 能使焊接过程尽快完成, 从而提高生产效率。

研究激光焊接对工业纯钛焊缝成形和力学性能的影响, 采用高功率Nd∶YAG激光器及焊接机器人, 通过焊接速度与激光功率的匹配, 研究了相同线能量输入条件下, 工业纯钛的激光焊接工艺。采用光学显微镜, 扫描电镜及拉伸试验机, 显微硬度测计等仪器对焊缝的微观形貌及力学性能进行了测试分析。试验结果表明, 焊缝和热影响区的显微硬度明显高于母材并且焊缝的硬度值最大, 焊接接头的抗拉强度高于母材。

利用工业用纯钛粉末、激光快速成形(LRF)系统和优化的成形工艺参数,制成了纯钛的测试试样,根据国家标准GB/T 13810-1997和GB/T 16886.5-2002分别进行力学测试和细胞毒性实验。力学测试结果为抗拉强度475 MPa,屈服强度383 MPa,延伸率27%,弹性模量97.54 GPa,维氏显微硬度188.4～206.3；利用小鼠结缔组织成纤维细胞(L-929细胞)进行体外细胞毒性的研究,结果表明激光快速成形纯钛细胞毒性为0级。激光快速成形纯钛试样满足外科植入物纯钛板材室温力学性能国家标准和体外细胞毒性实验标准。