针对金属多涂层目标在复杂环境下的红外偏振特性难题，提出了多涂层目标的表面辐射传输模型。根据红外辐射的特点，将探测器接收的红外辐射强度分为目标自发辐射强度和反射环境的红外辐射强度，其中自发辐射强度的求解根据能量守恒定律和菲涅耳反射定律，反射辐射强度根据能量守恒定律、菲涅耳反射定律和基于P-G模型的目标偏振双向反射率进行计算，并据此推导了目标表面的偏振双向反射方程，求解了多层涂层靶体的光学传输模型。依据热辐射环境下目标红外偏振特性模型，分别研究了涂层数量和环境热辐射强度比对多层涂层目标红外偏振特性的影响。仿真结果与实验结果接近，证明所提传输模型具有较好的拟合能力。

为实现基于太赫兹技术的多层涂层的快速与可靠测厚,提出了一种自适应教与学优化算法,改进了标准Kent混沌映射,提高了初始种群多样性;并基于步长调节优化和次优个体优化,改进了教阶段与学阶段,提高算法寻优精度和效率。将该算法与太赫兹波测量多层涂层厚度的理论模型结合,建立了涂层厚度求解方法。最后,制备了多层涂层样件,开展了太赫兹无损检测实验。实验结果表明:建立的涂层厚度求解方法相比于全局最优算法的效率提高了1倍,单次实验仅需50 s左右便可快速得到多层涂层的厚度、折射率和消光系数,测量所得的多层涂层厚度的相对误差在1.5%以内,且标准差最大不超过1.7 μm。基于太赫兹测量信号,所提方法可以高效、准确及可靠地计算多层涂层的厚度。

针对30CrMnSiA和30CrMnSiNi2A高强钢的修复问题,采用30CrMnSiA合金粉末在两种基体上进行多层多道激光熔覆,研究了熔覆层、基体、热影响区的微观组织和力学性能。对于30CrMnSiA基体,其熔覆层组织主要为索氏体;随着层数增加,熔覆层中的索氏体减少,马氏体增多,盖面层主要为马氏体组织;热影响区组织主要为马氏体和少量块状铁素体,其中块状铁素体为原基体中铁素体的未熔相。对于30CrMnSiNi2A基体,其熔覆层组织主要为索氏体,随着层数增加,马氏体含量逐渐增加,但仍以索氏体为主;热影响区组织主要为索氏体和粗晶马氏体。在力学性能上,30CrMnSiA基体上熔覆层的硬度大于30CrMnSiNi2A基体上熔覆层的硬度,热影响区软化现象不明显,而30CrMnSiNi2A热影响区软化现象明显;30CrMnSiA基体上熔覆层试样的抗拉强度为基体的90%以上,且其冲击韧性、延伸率均优于基体;30CrMnSiNi2A基体上熔覆层试样的冲击韧性优于基体,但其抗拉强度、延伸率则大大低于基体。实验结果表明:30CrMnSiA合金粉末适合用于30CrMnSiA钢的激光熔覆修复,而对于30CrMnSiNi2A钢,则需要进一步减少热输入,以减小热影响区的宽度,减少粗晶马氏体的生成以及多层熔覆过程中马氏体的分解。

为满足多层涂层目标的偏振探测需求, 基于一阶矢量扰动理论, 结合偏振传输矩阵, 建立微粗糙基底上多层涂层的光散射偏振双向反射分布函数模型, 研究多因素影响下两种典型涂层目标, 单层减反射涂层和多层高反射涂层的光散射偏振特性, 结果表明单层减反射涂层目标的偏振度受观测位置影响, 峰值左侧的偏振度较之裸基底增大, 右侧反之, 探测不同观测角下的偏振度可区分无涂层和涂层目标。 不同观测角和入射波长下, 多层高反射涂层目标的偏振度与涂层层数和涂层光学厚度显著相关, 层数增加, 多层涂层在镜反射附近具有去偏作用。 仿真结果符合测量数据, 验证了多涂层目标散射偏振模型的正确性与合理性, 为实现多涂层目标偏振探测和反射隐身技术提供理论依据。