设计了一种L型基体去模拟气门座激光增材带侧壁的约束结构，构建带约束结构的激光增材仿真模型，并考虑了激光吸收率的变化、材料相变潜热、增材过程与外界的换热等因素的影响。结果表明：激光的空间能量密度变化和激光的空间能量输入存在竞争关系，当提高激光功率、增加功率密度对温升的效果大于增加速度、降低空间能量对温度下降的效果时，增材层温度增大；由于基体结构的非对称性及激光增材过程中传散热的综合影响，增材层与基体底面熔合的深度会大于其与侧面熔合的深度，且增材层横截面形貌为台阶式月牙形；由于热传导的滞后性及激光的快速加热和冷却等的综合作用，随着激光功率和扫描速度的增加，增材层底面形貌由月牙形逐渐过渡到平台形。

利用额定功率为3 kW的Nd∶YAG固体激光器开展激光重熔蠕墨铸铁气门座实验,通过扫描电镜、显微硬度仪,采用荧光粉探伤方法分析激光表面重熔蠕墨铸铁气门座的宏观形貌、显微组织、硬度分布以及重熔层是否存在裂纹。结果表明:经激光表面重熔后,重熔层中部区域组织为枝晶组织,在枝晶组织间弥散分布着针状物和颗粒状物;石墨的扩散降低了材料熔点,由于激光的快速加热和冷却等,重熔层与基体交界处形貌为锯齿形,且在热影响区观察到马氏体壳和莱氏体壳的双壳组织;不同区域的加热和冷却速度的差异导致重熔区表面到基体硬度逐渐降低;调控激光参数可以有效抑制气门座激光重熔层的裂纹。在激光功率为500 W,离焦量为-1 mm,激光扫描速度小于等于5 mm/s的重熔工艺参数下,可以获得无裂纹的重熔层。

通过建立高强化柴油机气门座激光相变硬化温度场的数值模拟模型,分析了激光相变硬化过程中工艺参数对气门座温度场的影响。结果表明,随着激光功率的增大,气门座相变硬化的峰值温度升高,温度场呈拖尾的彗星状,硬化层的深度和宽度增大;随着扫描速度的增大,气门座相变硬化的峰值温度降低,温度场拖尾的彗星形状减小,硬化层的深度和宽度减小;随着光斑半径的增大,气门座相变硬化的峰值温度降低且位置发生偏移,温度场拖尾的彗星形状增大,硬化层的深度减小。

在合金灰铸铁基体上利用新型镍基粉末进行侧向送粉激光合金化制备原位合成颗粒增强高镍复合涂层，探究适用于合金灰铸铁送粉激光合金化的工艺参数。在合金灰铸铁气门座圈表面利用侧向送粉激光合金化进行小批量试制。重点解决了气门座圈强化层出现的硬度过高、加工裂纹、气孔缺陷等问题，制备出无气孔缺陷、硬度较低，满足技术要求的强化层，实现对合金灰铸铁气门座圈的激光强化。