采用Fe和Cr元素混合粉末作为激光粉末床熔融的原材料，以原位合金化的方式制备了从纯Fe到Fe20Cr（质量分数，%）的成分梯度样品。研究了不同Cr元素含量下试样的成分均匀性、相结构、微观组织形貌和显微硬度的变化规律。结果表明：样品的合金化程度良好，所有成分梯度的成分最大平均偏差仅为0.35%。X射线衍射仪显示所有的成分梯度均为BCC结构。纯Fe的微观组织为等轴晶，随着Cr元素含量的增加，在Fe10Cr和Fe12Cr之间发生了由等轴晶向柱状晶的微观组织转变。等轴晶的细晶强化效果可以有效提升样品的显微硬度，Fe10Cr的显微硬度为181 HV_0.5，在所有成分梯度中最高。

在TC4粉末中加入不同含量的Si粉末进行激光熔覆沉积试验,研究了感应加热对试样微观组织的影响。结果表明,在没有引入感应加热的沉积态试样中,Si能够有效地细化柱状晶,柱状晶宽度由285.5 μm减小至12.1 μm。引入感应加热后,试样中柱状晶的宽度未变,但沉积方向上的部分柱状晶被打断,没有形成贯穿生长;晶内组织为α集束,且α片层上析出无规则呈弥散分布的硅化物。

采用激光沉积制造技术制备TA15钛合金裂纹扩展速率(da/dN)以及平面应变断裂韧度(KIC)试样, 采用金相显微镜(OM)以及扫描电子显微镜(SEM)观察微观组织与断口形貌。结果表明: 沿沉积高度方向, 组织呈现典型的β晶粒外延生长, β晶粒内部为α/β片层及集束组成的网篮组织; 三种扩展方向下, YOZ面裂纹扩展速率最快, XOY面裂纹具有较低的扩展速率; 平面应变KIC受裂纹预制扩展方向和β晶粒位向影响, 表现为各向异性。裂纹扩展平面垂直β柱状晶时, KIC最大达86.36 MPa·m1/2, 当β柱状晶位于裂纹扩展平面内, 且平行于裂纹扩展方向时, KIC值为77.19 MPa·m1/2, β柱状晶垂直于裂纹扩展方向时, 其对裂纹阻滞作用弱, KIC最小为56.16 MPa·m1/2。

利用激光增材制造技术, 在钛合金基体表面制备氧化铝增强镍基合金涂层。分析了柱状晶的生长过程, 在增材制造合金件过程中, 顶部会形成一层等轴晶, 而内部柱状晶会穿过多层沉积层外延生长。当激光功率为1 500 W时, 组织相主要为短小柱状晶, 当激光功率增大时, 短小柱状晶逐渐变成细长柱状晶, 同时柱状晶粒宽度尺寸也相应变大。当扫描速率V从0.6 m/min梯度变化到1.2 m/min时, 柱状晶的尺寸宽度也随之减小。此外可通过控制扫描速率来定向调节柱状晶的形成角度。

采用“生死单元”技术模拟了激光金属直接成形DZ125L单层单道和单层两道试样时扫描单元内部温度场的分布情况，分析了熔池温度梯度的分布与试样内部金相组织演变的关系并进行了实验验证。结果表明，成形单层单道试样时，柱状晶能够从基材连续向上生长，熔池中间部位柱状晶连续生长得最高，并且熔池顶部容易形成等轴晶；成形单层两道试样时，扫描方式与搭接率对温度场分布及金相组织的转变影响较大，往复扫描方式下搭接区容易产生转向枝晶，搭接率过小会严重影响两道搭接处柱状晶的连续生长。模拟结果和实验结果吻合得较好。

在激光金属直接成形过程中，为了使熔池在凝固时始终保持合理的温度梯度从而使成形件内部柱状晶组织自基板起从下到上延续生长，在成形316 L实体墙过程中采用液氩喷射冷却的方法降低成形件的温度；分析了液氩喷射冷却对实体墙金相组织和显微硬度的影响。结果显示，采用液氩喷射冷却能有效缓解激光金属直接成形过程中成形件内部的热积累现象，使柱状晶组织在实体墙内部从基板开始从下到上延续生长，一次枝晶间距最大处约为12 μm，并且提高了实体墙零件的显微硬度值。

对Ti-6Al-4V合金的激光净成形制造进行了研究。实验过程在大气开放环境下进行，仅通过喷嘴吹氩气保护。结果表明，功率质量比对钛合金激光净成形件表面质量以及微观结构有着重要的影响。当功率质量比足够高时可以得到表面光洁度较好的成形件，微观分析显示，激光净成形钛合金的显微组织由细小的针状马氏体α和原始β组成，各层之间为致密的冶金结合。在功率质量比较高的情况下，可以得到柱状晶，反之则生成等轴晶。通过优化工艺参数得到表面质量较好的成形件，而且所制得的样品引入氮氧杂质元素含量较低，可见利用激光净成形技术可以在大气环境下制造出质量满意的钛合金零件。