研究激光单脉冲作用后漆层表面的凹坑形貌可以有效抑制激光多参数叠加效应及脉冲重叠的光热与光力效应，有助于揭示激光与材料的作用机制，同时可为激光参数优化提供依据。本团队利用实验凹坑形貌数据获得漆层去除深度d及能量密度F的关系式，并基于烧蚀机制建立了高斯激光单脉冲作用后模拟漆层凹坑形貌的数学模型，采用MATLAB对13.58~27.16 J/cm²能量密度下的凹坑形貌进行了模拟与验证。结果表明：低能量密度（13.58~16.98 J/cm²）下，凹坑深度和直径误差均小于5%，凹坑表面近似为旋转抛物面，凹坑剖面轮廓近似为抛物线；高能量密度（20.37~27.16 J/cm²）下，凹坑深度误差小于5%，但凹坑直径误差高达40%，模拟结果与实验结果存在显著差异。误差分析表明，在高能量密度下，等离子冲击与热辐射机制对凹坑形貌具有显著影响。基于上述分析对模型进行修正，修正模型对凹坑深度和直径的模拟误差均控制在5%以内，显著提高了模型模拟的准确性。基于凹坑形貌实验数据建立的形貌模型以及该模型的验证，不仅揭示了不同能量密度下激光与材料主要作用机制的差异，还为高、低能量密度下除漆效果的精确控制及激光参数优化提供了参考。

针对二维硅光栅微结构在近红外光吸收率极低的特点，提出了一种利用等离激元增强金属Ag纳米凹坑-硅栅近红外光吸收的微纳组合结构，基于时域有限差分法研究了该组合结构在0.78~2.5 μm宽波段的吸收率，分析了光栅结构与Ag纳米凹坑对光吸收效率的影响变化。模拟研究结果表明，当在周期为0.2 μm、占空比为0.5的光栅间隙和栅柱表面均嵌入直径为0.1 μm的Ag纳米凹坑时，该组合微结构在近红外宽波段吸收率均在23%以上，平均吸收率理论上可达到52.3%；当光栅表面增加Al₂O₃介质层时，宽波段吸收率均在41.3%以上，平均吸收率提高到65.1%，最终在近红外宽波长范围内提高了吸收效率。该研究为光电探测器、太阳能电池、光通信、雷达隐身、生物医疗等领域增强光吸收提供了一种新的方法。

针对石油钻探井口机械在长期高频、高负载工况条件下重要受力部件牙板极易磨损的问题, 采用激光在牙板表面制备阵列凹坑, 以提高其耐磨损性能。利用波长1 064 nm、功率500 W的多功能脉冲激光加工机对牙板 42CrMo合金钢表面进行激光织构化处理, 制备出直径为800 μm, 间距分别为1.8、1.5、1.2 mm的阵列凹坑; 分别用金相显微镜和超景深三维显微镜观察试件表面二维和三维形貌; 利用MMH-5环块三体摩损试验机进行了摩擦实验, 通过摩擦前后的试件质量差和磨损区域表面厚度的变化, 比较了激光织构化处理前后表面的耐磨损效果, 分析了耐磨损的机理, 并研究了阵列凹坑不同间距对滑动摩擦耐磨性能的影响。结果表明, 在相同摩擦工况条件下, 阵列凹坑激光织构化表面比未织构表面耐磨损性能要好, 并且凹坑占有率越大, 磨损量越小, 间距为1.2 mm的织构化表面磨损量减少86.03% 。磨损机制主要为磨粒磨损。阵列凹坑结构化表面耐磨损性能提高的主要原因有: 一是激光相变硬化作用, 提高了试件表面硬度; 二是阵列凹坑织构表面在摩擦过程中对犁沟起到破坏作用, 从而减缓了磨粒磨损。

为了提高激光微织构加工效率和改善微织构加工质量, 采用W-71s型喷枪在GCr15轴承钢表面分别喷涂用黑漆、水玻璃、黄料、磷酸锌和石墨制备的涂层。利用Nd∶YAG激光加工机对其进行激光微织构加工, 使用3维形貌分析仪对微凹坑的形貌进行了检测。结果表明, 与无涂层试样相比, 采用水玻璃和黄料涂层试样表面蚀除凹坑体积均增加, 凹坑边缘熔渣体积均减少, 其中黄料涂层表面蚀除凹坑体积增加了29.4%, 水玻璃涂层凹坑边缘熔渣体积减少了64.9%; 在一定条件下, 复合涂层相比单一涂层具有更好的激光加工性能, 其中黄料与水玻璃复合涂层的性能最为显著, 与未经涂层的相比, 凹坑蚀除体积增加了47.1%, 凹坑边缘熔渣体积减少了43.2%。这一结果对提高激光微织构加工效率、改善微织构加工质量具有一定的指导意义。

为了提高金属表面激光吸收率及激光微织构加工表面质量, 采用W-71s型喷枪在试样表面分别喷涂黑漆、水玻璃和黄料, 并用Nd∶YAG激光器对其进行激光微凹坑加工。与无涂层试样相比, 激光加工水玻璃和黄料涂层试样表面蚀除凹坑体积都增加, 其凹坑边缘熔渣体积都减少, 其中, 黄料涂层试样表面蚀除凹坑体积增加了29.4%; 在此基础上, 利用正交试验法探讨水玻璃和黄料的配比以及厚度对激光微织构加工表面蚀除凹坑体积和凹坑边缘熔渣体积的影响。结果表明, 吸光涂料的厚度控制在0.1mm左右, 黄料含量17%、水玻璃含量18%的涂料为最优涂料配方; 正交试验表中最优试样表面蚀除凹坑体积相比无涂层试样增加了70.6%, 其凹坑边缘熔渣体积减少了16.2%。该工艺显著提高了激光吸收率和激光加工表面质量。

基于不同的应用背景，通常需要材料表面提供或高或低的摩擦系数，激光喷丸表面造型是改善材料摩擦性能的有效方法之一。通过激光喷丸的方法，采用不同的激光能量在灰铸铁表面制备具有不同深径比的微凹坑阵列，讨论了激光喷丸的原理，研究了微凹坑的表面形貌，并在干摩擦和润滑条件下使用UMT-2摩擦磨损试验仪分别对喷丸前后的试样表面进行了摩擦磨损实验。结果表明，喷丸试样的摩擦系数明显异于未喷丸试样且磨损量明显降低，可适用于各种不同的工程应用场合。

为研究激光表面微凹坑对AZ31B 镁合金耐腐蚀性能的影响，利用光纤激光器在材料表面制备微凹坑阵列。通过扫描显微镜观测微凹坑的形貌、直径和深度，利用双单元电化学工作站测试微凹坑制备前后材料表面的动电位极化曲线。结果表明: 微凹坑的直径和深度均随激光功率的增大而增大，微凹坑周围出现烧蚀现象；微凹坑直径与扫描次数无显著相关性，但微凹坑圆度与扫描次数呈正相关性。在相同微凹坑密度下，与未处理试样相比，激光功率为6、10、16 W 时试样的自腐蚀电位分别向正移-33、40、26 mV，自腐蚀电流分别减少了91.93%、92.09%、91.19%。激光功率为10 W 时具有最好的抗腐蚀性能；在相同激光功率下，与未处理试样相比，微凹坑密度为1.5%、2.5%、5.0%时试样的自腐蚀电位分别向正移21、40、56 mV，自腐蚀电流分别减少了92.22%、92.09%、94.05%。在实验密度范围内，微凹坑密度越高，AZ31B镁合金表面的抗腐蚀性能越好。

为了研究硬质合金表面激光微织构对其表面润湿性的影响, 利用光纤激光不同功率(3, 5, 7, 9, 10 W)及不同加工次数(1, 2, 3, 4, 5)加工微凹坑, 采用VHX1000c超景深三维显微镜、光学显微镜分析微凹坑形貌, 利用CAM 200光学接触角仪测量表面微织构(微凹坑直径、深度和织构密度)与润湿性之间的关系。结果表明: 随着激光功率的增大, 微凹坑深度增加, 直径变化不明显; 硬质合金表面的亲水性能随着微凹坑深度的增加而减小; 随着微凹坑直径的增大, 亲水性增强; 随着微织构密度的增加, 亲水性出现极值。