采用宽带激光熔覆技术，在304L不锈钢表面制备了Fe-Cr-Si-P非晶涂层，分析了涂层的组织结构及形成机制，建立了激光熔覆物理和数学模型，得到了熔池沿深度方向的温度梯度及冷却速率的变化规律。结果表明，涂层微观组织的界面区是平面晶和外延生长树枝晶,中部区域为非晶区,表面为梅花状树枝晶区。凝固过程中，从熔池底部到表面的温度梯度逐渐减小，冷却速率逐渐增大。结合凝固理论，建立了涂层组织特征与形状控制因子及冷却速率的关系模型。

激光宽带熔覆技术广泛应用于大型工件表面的强化、修复和改性，较少的搭接次数使其更容易获得表面质量较好的熔覆层和较高的熔覆效率。针对现有激光宽带熔覆中光外送粉不精准、金属粉末受热不均匀和光粉同轴耦合精度不高等问题，本文提出了一种光内送粉激光宽带熔覆工艺及方法，实现了在宽带激光束内部均匀，准确地垂直于熔池表面送粉。在水平和30°斜壁上分别进行单道堆积熔覆实验。结果表明，重力对斜壁熔池影响不明显，两组实验均获得了熔层高度较为均匀的直壁墙。对熔层组织分析可知，二次重熔区组织较为粗大，非搭接区组织由较多的树枝晶组成，二者显微硬度波动值约为90HV0.5，熔层组织整体较为均匀、致密。

采用宽带激光熔覆技术,梯度设计的思想,添加不同含量稀土氧化物Nd2O3来提高复合涂层生物活性的方法,在TC4钛合金表面制备了含HA+β-TCP的稀土梯度生物活性陶瓷涂层.使用MG63人成骨细胞与Nd2O3活性梯度涂层体外共培养,用MTT法测定成骨细胞碱性磷酸酶含量和通过SEM观察MG63细胞在活性涂层表面上的伪足生长情况.结果表明:稀土梯度生物活性陶瓷涂层碱性磷酸酶(ALP)的表达量均高于TC4合金和未加入Nd2O3的陶瓷涂层,成骨活性较好;成骨细胞向骨细胞分化能力是逐渐增强的;成骨活性与不同含量的Nd2O3合成的HA+β-TCP的数量密切相关,当Nd2O3的添加量为0.6wt.%时,具有最佳的成骨性能;生物活性复合涂层不仅能引起细胞的粘附生长,更重要的是能够促进细胞的定向分化,且统计学分析表明ALP含量具有明显的显著性.稀土活性梯度陶瓷涂层材料表面细胞伪足生长更旺盛,具有更好的生物相容性.

采用宽带激光熔覆技术，通过加入不同含量的稀土氧化物Nd2O3来提高激光熔覆生物陶瓷涂层的生物活性，在TC4钛合金表面制备了含HA+β-TCP的稀土活性梯度陶瓷涂层。使用体外人成骨细胞MG63与Nd2O3稀土活性梯度陶瓷材料共培养，用四甲基偶氮唑盐微量酶反应比色(MTT)法分析细胞增殖情况和通过SEM观察MG63细胞在稀土活性梯度陶瓷涂层材料上的粘附、生长情况。结果表明： Nd2O3稀土活性梯度陶瓷表面的细胞生长旺盛、细胞形态正常，活性涂层细胞相容性良好;涂层表面的HA+β-TCP钙磷基活性陶瓷相数量影响着成骨细胞的增殖，含有Nd2O3的生物陶瓷涂层比TC4钛合金的细胞相容行好，且含有w(Nd2O3)＝0.4%、w(Nd2O3)＝0.6%的生物陶瓷涂层表面成骨细胞繁殖最快;稀土活性梯度陶瓷材料不仅能够引起细胞的粘附生长，更重要的是要能够促进成骨细胞的定向分化。

为了减少激光熔覆过程中基材与生物陶瓷涂层之间的热裂纹, 提高涂层与基材的结合强度, 设计了一种梯度稀土生物陶瓷涂层, 采用宽带激光熔覆技术,在TC4钛合金表面制备了含HA＋β－TCP活性相的稀土活性梯度生物陶瓷复合涂层。利用SEM 、XRD分析手段对涂层形貌、相组成进行了研究; 通过模拟体液(SBF)浸泡实验(浸泡7 、14 d)考察了生物陶瓷涂层的生物活性; 利用电化学分析仪测试了生物活性陶瓷涂层的耐腐蚀性。结果表明, 当稀土氧化物Nd2O3添加量为w(Nd2O3)＝0.6%时, 宽带激光熔覆过程中催化合成HA＋β－TCP活性相的数量最多, 具有优异的表面形貌; 当稀土氧化物Nd2O3添加量为w(Nd2O3)＝0.6%时, 梯度稀土生物陶瓷涂层在SBF中浸泡不同时间点后表面沉积的类骨磷灰石相数量均较未加入Nd2O3的梯度生物陶瓷涂层多, 具有最好的生物活性, 且耐腐蚀性最佳。

针对目前生物活性陶瓷涂层存在的问题, 设计了一种梯度涂层, 采用宽带激光熔覆技术, 通过加入不同含量的稀土氧化物 Nd2O3来提高激光熔覆生物陶瓷涂层的生物相容性, 在 Ti-6Al-4V合金表面制备了含 HA+茁-TCP的稀土活性梯度陶瓷涂层。利用 SEM、XRD对活性涂层组织结构进行了研究。采用体外人成骨细胞与材料共培养的方法, 对梯度活性陶瓷涂层进行了细胞形态实验。结果表明: Nd2O3含量的不同, 对涂层催化效果不一样, 使得复合涂层呈现形态各异的表面特征, 但涂层表面都具有一定的粗糙度, 将增加生物陶瓷涂层与骨组织的生物相容性; 稀土氧化物 Nd2O3在激光熔覆生物陶瓷过程中具有催化合成 HA+茁-TCP的作用, 当 w(Nd2O3)＝0.6豫时, 诱导合成 HA+茁-TCP的数量最多; 含稀土氧化物 Nd2O3的涂层对成骨细胞无毒副作用, 当 w(Nd2O3)＝0.6豫时染色呈正常梭形状态的细胞数目最多, 具有最佳的生物相容性。

为了减少激光熔覆过程中基材与生物陶瓷涂层之间的热应力，提高涂层与基材的结合强度，设计了一种稀土活性生物梯度陶瓷涂层，采用宽带激光熔覆技术，在TC4合金上制备了含HA+β-TCP稀土活性梯度生物陶瓷复合涂层。利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、模拟体液（SBF）以及电化学分析仪等手段对涂层组织结构、生物活性及耐腐蚀性进行了研究。结果表明，生物活性稀土梯度涂层分为基材、合金化层以及生物陶瓷层3个层次，且各梯度层之间均为良好的化学冶金结合；稀土氧化物Nd2O3在宽带激光熔覆生物陶瓷的过程中具有催化合成HA+β-TCP的作用，且当Nd2O3质量分数为0.6%时，催化合成HA+β-TCP的量最多；当Nd2O3质量分数为0.4%～0.6%时，涂层的耐腐蚀性最好且涂层表面沉积的磷灰石相的量最多，具有最佳的生物活性。

本文在热作模具钢(H13)表面通过预置超细碳化钨合金层,通过高功率连续CO2宽带激光处理预置表面获得熔覆层.采用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察了熔覆层组织形貌,用X射线衍射仪(XRD)进行熔覆层物相分析,用X射线应力仪进行残余应力分析.测试了处理前后熔覆层显微硬度、耐磨性以及残余应力的变化.结果表明:激光处理后,表面平整光滑,组织细密,熔覆层组织由等轴晶、柱状树枝晶、细小的胞状晶和平面晶的结合带组成,厚度约为0.4mm,表面残余压应力得到显著提高,硬度为基体的1.8倍,耐磨性得到较大的提高.

为了增加基材与生物陶瓷涂层之间的结合强度 ,消除激光熔覆过程中基材与生物陶瓷涂层之间的开裂倾向 ,设计了一种梯度生物陶瓷复合涂层并采用宽带激光熔覆技术在Ti- 6Al- 4V合金上制备了梯度生物陶瓷复合涂层 ,对其组织和性能进行了研究。结果表明 :钙和氧元素主要分布在生物陶瓷涂层中 ;钛和钒元素主要分布在基材和合金化层内 ;磷元素分布在合金层与陶瓷层中。合金层中基底组织上分布着白色共晶组织和白色颗粒 ,基底组织主要为Ti(Al,P ,Fe ,V)相 ,白色共晶组织主要为Fe2 Ti4O +AlV3 ,白色颗粒为结晶析出的Al3 V0 .3 3 3 Ti0 .666;生物陶瓷层中的基底组织为胞状晶 ,其上分布有灰色相和白色颗粒相 ,胞状晶主要为CaO、CaTiO3 和HA ,灰色相为 β -TCP及Ca2 Ti2 O6,白色颗粒相为TiO2 。陶瓷涂层表面形成了类珊瑚礁结构及短杆堆积结构。这种表面结构将有助于为骨细胞长入生物陶瓷涂层提供通道。陶瓷层与钛合金基体之间的结合强度大于 37.3MPa。合金层的最高硬度为 16 0 0HV0 .2 ,生物陶瓷涂层显微硬度最大值约为 130 0HV0 .2 。

在40Cr调质钢表面采用宽带激光熔覆铸造wCp/Ni基合金梯度复合涂层,对涂层组织和性能进行了测试分析,并对其性能提高的机理进行了初步讨论.