为解决高强铝合金激光增材制造过程中存在的孔洞缺陷、组织不均、晶粒粗大等难题，在摆动激光熔丝沉积的基础上引入超声能场是可行的抑制措施。搭建了超声辅助摆动激光熔丝增材制造试验平台，探究了超声功率、变幅杆压力、变幅杆输入位置对2319铝合金沉积层形貌和显微组织的影响规律并对超声工艺参数进行了优化。结果表明：变幅杆压力对沉积宏观形貌具有显著影响，随着压力的增大熔池横截面形貌逐渐趋于上宽下窄；超声参数对单道沉积层的晶粒尺寸有着明显影响，随着超声功率的增加晶粒尺寸先减小后增大，当超声功率占比（超声波发生器的输出功率占其最大输出功率的百分比）为40%时晶粒尺寸达到最小值70.9 μm。超声输入位置在熔池之后时晶粒细化效果更好，且在-10 mm处晶粒尺寸同组最低，只有80.9 μm。当变幅杆压力处于40~100 N范围内时晶粒的细化效果比较明显，晶粒尺寸在110~130 μm之间。观察多层沉积结果可知，超声的引入使得多层样品的平均晶粒尺寸降低了66.3%、增加了Al₂Cu强化相的含量并且抑制了Al的滑移面生长趋势。超声在熔池中传递所产生的声流效应和空化效应是使沉积层成分均匀、缺陷减少和组织细化的主要原因。

NbMoTaW难熔高熵合金（RHEA）在超高温下表现出优异的力学性能，但其室温脆性限制了其在航空航天等领域中的应用。采用激光选区熔化技术制备了（NbMoTaW）_100-xC_x和NbMoTaWTi_x两种难熔高熵合金（x%为原子数分数），通过合金化的方法提高了NbMoTaW合金的室温脆性抗性。研究表明，原子数分数为0.5%的C的加入显著提高了NbMoTaW合金的成形性和室温力学性能，使（NbMoTaW）_99.5C_0.5合金的屈服强度、极限抗压强度和塑性分别提高到1695 MPa、1751 MPa和6.9%；随着Ti含量的增加，NbMoTaWTi_x合金的强度和塑性也同时提高，并通过激光选区熔化制备了尺寸为100 mm×80 mm×20 mm的NbMoTaW难熔高熵合金超高声速飞行器关键部件模拟件，为增材制造高强韧的NbMoTaW系难熔高熵合金提供了一种新的研究思路。

钛基复合材料具有高弹性模量、高比强度、高耐磨性和优异的高温耐久性等特点，在航空航天领域有良好的应用前景。采用低能球磨制备了纳米TiC颗粒与TC4的复合粉体，然后使用选区激光熔化（SLM）制备了TiC/TC4钛基复合材料，分析了不同体能量密度（29~97 J/mm³）对复合材料成形质量、显微组织、显微硬度的影响，并总结了组织演变机理和TiC演变过程。结果表明，成形该复合材料的最佳体能量密度为50~70 J/mm³，在该范围内试样的最高相对密度可达99.7%，显微硬度为385~392 HV。横截面上，显微组织的晶粒呈特殊的双尺寸分布，即由初生β等轴晶和沿其外围生长的不规则共晶区组成；纵截面上，显微组织呈鱼鳞状形貌分布且熔池内存在大量流纹状组织。复合材料中存在未溶TiC（主要分布于初生β晶界附近）、共晶TiC（主要呈链状网络分布于共晶β晶界）以及沉淀析出TiC（主要呈颗粒状分布于晶粒内）。随着体能量密度的增加，链状共晶TiC向棒状转变，晶内TiC尺寸长大。共晶TiC与β-Ti没有取向关系，共晶TiC、沉淀析出TiC与α'-Ti均存在明显取向关系，即｛11-20｝α'-Ti∥｛110｝TiC。

激光粉末床熔融（LPBF）是钴基高温合金复杂构件整体制造的理想方法。ECY768是一种性能优异的新型钴基高温合金，但目前LPBF成形ECY768合金的研究还十分匮乏。研究了LPBF成形ECY768钴基高温合金的冶金缺陷、显微组织和基础力学性能。结果表明：LPBF成形ECY768合金的冶金缺陷主要为气孔、未熔合和热裂纹；通过调整激光体能量密度等工艺参数，可实现无裂纹、高致密（孔隙率<0.5%）ECY768合金成形。LPBF成形ECY768合金的显微组织为以柱状晶为主的“柱状晶+等轴晶”混合组织，总体上呈一定的“〈0 0 1〉/构建方向”择优取向；晶粒内部具有细密的胞状亚晶结构，胞晶边界不仅分布有胞状位错网络，还分布有球状MC型和条带状M₂₃C₆型两类纳米级碳化物析出相。在优选工艺参数下，LPBF成形ECY768合金的屈服强度为1002 MPa（构建方向）/1267 MPa（垂直构建方向），远高于铸造或LPBF成形的其他主要钴基高温合金；延伸率为10.5%（构建方向）/13.3%（垂直构建方向），与铸造或LPBF成形的其他主要钴基高温合金基本相当。优良的致密度、细密的胞状亚晶结构、纳米碳化物的大量析出及其与位错网络的相互作用是LPBF成形ECY768合金具有优异力学性能的关键。

针对0Cr16Ni6合金开展激光快速修复试验，利用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)，观察分析所得接头的接头显微组织构成，利用显微硬度计检测接头硬度。研究表明：激光快速修复0Cr16Ni6合金接头分为基体、热影响区以及熔覆区；随着激光热输入的增加，热影响区组织形貌变化不大，与基体相似，由块状铁素体、奥氏体及其上析出的碳化物和少量板条状马氏体组成，且与熔覆区存在明显的分界线；熔覆区顶部区域组织分布均匀，主要为树枝晶，熔覆区中部呈现树枝晶向柱状枝晶过渡的趋势，熔覆区下部为柱状枝晶，枝晶尺寸随着激光热输入的增加而增大；熔覆区主要由基体γ相、强化相γ′和γ′′相及沿枝晶边界析出的白色不规则相δ和MC相等组成；随激光热输入的逐渐增加，热影响区宽度D和深度H的变动不大，仅存在±0.05 mm以内的微小波动；熔宽d和熔高h逐渐增加；熔覆区平均硬度值随单位时间内热输入量的增加，呈现先增加后减小的趋势，且各区域显微硬度值排序为熔覆区＞基体＞热影响区。

为研究重熔功率对Inconel 718镍基自润滑涂层组织与性能的影响规律，采用激光熔覆技术在27SiMn钢板材上制备Inconel 718熔覆涂层，选用三种不同的激光功率二次重熔熔覆试样。使用超景深显微镜观察熔覆层表面形貌及金相组织，使用显微硬度计检测熔覆层的显微硬度，使用销-盘式摩擦磨损试验机检验及评价熔覆层的摩擦磨损性能。结果表明，激光重熔后熔覆层的晶粒得到明显的细化，随着重熔功率的增加，熔覆层晶粒尺寸先减小后增大，重熔功率为1 260 W时，熔覆层顶部晶粒尺寸最均匀细小；重熔后熔覆层的硬度均有较大提高，相较未重熔试件硬度最高可提升22%；从磨损形貌来看，试样的磨损机理主要为磨粒磨损，经重熔后试样的摩擦系数及磨损失重均得到了明显的降低。分析摩擦磨损试验数据可知，重熔功率在1 260 W时，试件的耐磨性能最好。

为了解决热作模具表面磨损并导致失效的问题,基于ANSYS APDL软件,采用数值模拟的方式在热作模具上施加高斯热源,并利用生死单元法将H13合金粉末进行熔覆。通过温度场和应力场对工艺参数进行优化选择,对优化后的工艺参数进行实验验证,并对涂层进行了性能检测。结果表明,所选参数范围内的模拟最优参数为激光功率1200 W,扫描速率12 mm/s,模拟结果与实际涂层的形貌和温度分布较为接近; 数值模拟中的热影响区以及结合区与实验制备的结果高度一致; 测量熔覆层的深度为0.13 mm,与模拟得到的深度为0 mm~0.2 mm相应证,进一步说明了模拟结果的可靠性; 熔覆层的硬度以及耐磨性得到极大的提升,分别是基体的3倍和28倍以上。此研究结果为强化和修复热作模具提供了参考。

激光选区熔化（SLM）成形316L不锈钢的内部残余应力是影响成形件力学性能的关键因素之一。考虑到重熔回火效应对残余应力的影响规律，笔者提出了成形件“层间激光重熔”的成形方式，针对性研究了层间重熔对SLM成形件内部残余应力的影响。利用有限元软件Abaqus建立成形过程的三维瞬态仿真模型，模拟了间隔1~10层重熔与未重熔成形件内部残余应力的变化规律，并通过实验研究了间隔2、5、10层重熔与未重熔成形件的内部残余应力、显微组织、表面形貌、抗拉强度、冲击韧性及显微硬度。结果表明：层间激光重熔在重熔层及其相邻层产生的回火效应有利于降低成形件内部的残余应力，使力学性能得到改善。当重熔间隔为2层时，成形件内部残余应力的测量值和模拟值分别较未重熔样件降低了77.1%和70.6%，同时成形件的抗拉强度达到702.99 MPa，相较于未重熔样件提高了6.2%；冲击吸收功达到209.5 J，相较于未重熔样件提高了11.97%；显微硬度达到391.8 HV，相较于未重熔样件提高了6.35%。分析认为，采用层间激光重熔方式可以显著降低成形件内部的残余应力，提高成形件的力学性能。

7系铝合金以其优异的强度被广泛应用于航空航天、轨道交通等领域，但其在焊接时易产生缺陷且焊接接头力学性能下降严重。笔者通过添加Ti金属中间层，采用激光光束摆动焊接技术制备了7075铝合金接头，并对接头的显微组织和力学性能进行了系统研究。焊缝区域主要为α-Al相。Ti金属中间层在焊缝中反应生成了TiAl₃相，细小且弥散的TiAl₃相成为Al晶粒异质形核的基底，促进了晶粒细化。添加Ti中间层后，焊缝区域的组织为细小的等轴晶。添加的Ti中间层的厚度为0.03 mm时，焊缝等轴晶区晶粒的平均等效圆直径为3.34 μm，晶粒面积加权平均值为母材晶粒的1.7%，接头的平均抗拉强度最大，为（377.8±6.1）MPa，达到了母材强度的69%。添加0.02 mm厚Ti中间层时，接头断裂位置在熔合区和热影响区晶粒的晶界处；添加0.03 mm厚Ti中间层时，断裂位置在焊缝两侧的细等轴晶区；添加0.04 mm厚Ti中间层时，断裂位置在焊缝中部的Ti元素聚集区。

为改善熔覆层显微组织结构，强化42CrMo表面性能，基于42CrMo基材多道熔覆H13-TiC复合粉末，采用数值模拟与熔覆试验相结合的方式，探究不同熔覆功率下的温度对熔覆层显微组织和显微硬度的影响机理。基于材料性能的温变性构建激光熔覆模型，分析功率对熔覆层表面温度场以及残余应力场的影响机制。针对实验获得的H13-TiC复合熔覆层，采用扫描电镜分析其显微结构以及元素分布，研究TiC颗粒的形态分布与显微硬度之间的关系。结果表明：激光功率在2000 W增大至2850 W的过程中，第三条轨道熔覆状态下的温度峰值提升34.4%，2850 W时高达3471.53 ℃；轨道表面的残余应力呈现中间大两头小的分布规律。熔覆层内部TiC细小颗粒的数量随温度升高而逐渐增加，功率为2850 W时，TiC细小颗粒弥散较为均匀，TiC聚集区以外区域的显微硬度提升33%~50%。通过分析功率增大过程中轨道间温度场和残余应力场的变化规律，改善和提升了熔覆层显微组织结构和显微硬度，为激光熔覆技术在截齿材质42CrMo的应用方面提供了理论依据。