为探究激光的单脉冲能量密度、光斑重叠率、扫描次数对激光熔凝层耐蚀性的影响规律，首先采用单因素激光熔凝实验法在Q235B钢材表面制备激光熔凝层，然后采用显微镜研究激光熔凝层单位面积内的微裂纹分布，并采用电化学分析方法研究熔凝层自腐蚀电位和自腐蚀电流密度的变化规律。以最大自腐蚀电位和最小自腐蚀电流密度为目标进行激光参数优化，得出单脉冲能量密度为3.82 J/cm²、光斑搭接率为80%和扫描次数为4的激光最佳参数组合。分析表面及切面的X射线能量色散谱和X射线衍射谱发现，最佳激光参数组合下制备的激光熔凝层（最佳激光熔凝层）由内至外的组织为Fe渐变氧化层过渡至以Fe₃O₄‐FeO混合结晶为主的Fe稳定氧化层。将最佳激光熔凝层与Q235B钢碱性发黑层的电化学阻抗谱、表面粗糙度、X射线能量色散谱和X射线衍射谱进行对比后发现，最佳激光熔凝层的耐蚀性约为碱性发黑层的3倍，这得益于熔凝层中Fe稳定氧化层更低的表面粗糙度和微裂纹密度、更少的氧化漏点以及可防止过度氧化的特点。

为分析体育器械用镁合金材料的激光表面改性处理效果，对镁合金材料预处理，确定激光熔凝处理工艺，计算镁合金材料表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，并建立研究期内检测数据的数据库，使用SPSS17.0软件统计分析数据结果。结果显示，当激光熔凝改性处理采用的激光功率为3 kW时，改性镁合金材料表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性效果提升最为明显。试验表明，激光熔凝处理会加强镁合金材料表面的硬质含量、强化沉淀作用，细化α-Mg晶粒，减小β相之间的间距，形成更致密的Al2O3氧化膜，促使镁合金材料中的杂质元素分布更为均匀，从而提高镁合金材料表面的物理、化学和力学性能，提升镁合金材料的硬度、耐腐蚀性及耐磨性。

采用光纤激光器对316L不锈钢表面进行熔凝处理，研究了熔凝层微观组织演变及其摩擦学性能。结果表明：通过激光熔凝可在316L不锈钢表面获得冶金质量良好、无孔隙裂纹、厚度为500 μm的熔凝层。与原始试样相比，激光熔凝处理使其表层从顶部至底部依次形成等轴晶、树枝晶与柱状晶的梯度细化组织，显微硬度提高约73.9%，摩擦因数降低约37.8%，磨损量降低约38.5%，磨损机制从磨粒磨损与黏着磨损转为轻微的磨粒磨损，表明其耐磨损性能经激光熔凝处理后得到明显提升。

为探究激光熔凝工艺对不锈钢表面综合性能的影响，本课题组选用LDF 4000-40型激光器对0Cr17Ni12Mo2不锈钢表面进行处理，并采用光学显微镜、电子显微镜、能谱扫描仪、显微硬度计、电化学分析仪及磨损试验机等对其微观组织与性能进行表征。结果表明：由于不同区域的传热、散热差异，激光熔凝组织与基体的界面呈波浪形，强化区的表层为等轴晶，中部为等轴晶和柱状晶，边缘区域为平面晶，且强化区的碳元素、铁元素及铬元素存在扩散现象；由于激光熔凝细化了微观组织，强化层的最高硬度约为基体最高硬度的1.5倍；与基体相比，强化层的耐蚀性更好，但强化层一旦发生腐蚀，其腐蚀速率比基体高；由于晶粒细化及硬度增加等原因，强化层的摩擦因数（0.29）低于基体的摩擦因数（0.35），且磨损机理为磨粒磨损。

采用额定功率为3 kW的Nd∶YAG固体激光器对镁合金进行激光熔凝实验,通过金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、维氏显微硬度计、电化学工作站等仪器表征试样的显微组织、物相、硬度和耐腐蚀性能。结果表明:在激光功率为2 kW、激光扫描速度为40 mm/s时,试样表面无裂纹和严重凹陷,熔凝区表层组织为等轴晶,内部组织为放射性枝晶;随着激光扫描速度的提高,表层等轴晶尺寸减小,熔凝区内部放射性枝晶逐渐变为非放射性枝晶;激光熔凝后热影响区组织深入基体晶界中,热影响区与基体交界处呈不规则形貌。能谱仪和线扫描结果显示,熔凝区表层元素出现烧损,导致熔凝区硬度峰值出现在靠近表层位置,且随扫描速度的提高,硬度峰值呈下降趋势,激光熔凝后,熔凝区耐腐蚀性能增强。

利用ANSYS有限元模拟软件,建立了激光熔凝RuT300三维实体有限元模型,考虑了激光吸收率、材料热物性参数及相变潜热的影响,通过分析不同预热温度下激光熔凝的瞬态温度场,获得预热温度对温度分布、温度梯度、冷却速率等的影响规律。结果表明,随着预热温度的增大,试样相同位置处的最高温度增大,预热温度对试样下部的温度场影响更明显;随着预热温度的增大,试样相同位置处的温度梯度减小,当距离试样上表面的深度达到约2 mm时,试样的温度梯度受预热温度的影响不明显;对试样进行预热处理可降低试样的冷却速率,冷却速率随着预热温度的增大而减小。

利用半导体激光对AerMet100钢表面进行熔凝处理,研究了激光熔凝对材料结构、耐腐蚀性能以及耐磨损性能的影响。结果表明,通过激光熔凝可在AerMet100钢表面获得冶金质量良好、无裂纹的熔凝层;在750~1650 W功率范围内, 随着激光功率的增大, 熔凝层的厚度增大,熔凝层的硬度、耐腐蚀性及耐磨性均提高;当激光功率为1650 W时,其硬度、耐蚀性以及耐磨性达到最优;经过激光熔凝处理后,AerMet100钢未产生明显的物相改变,熔凝态中奥氏体含量减少,马氏体含量增加。

为了研究电磁搅拌对TA15钛合金激光熔池的影响, 构建了一种三相三极旋转式电磁搅拌器作用下微小熔池内部的磁流体力学数学模型。运用该模型计算了不同激励电流情况下磁场中心处的磁感应强度和熔池内熔体周向流速, 分析了其对熔池温度分布和组织形成的影响。并采用试验手段对分析计算结果进行了验证。结果表明: 电磁力驱使熔体作周向运动, 且随着远离磁场中心, 洛伦兹力越大, 周向流速越大。随着激励电流的增大, 磁感应强度增强, 熔质周向流速增大。流速加剧能够降低熔池内温度及凝固界面处的温度梯度, 有利于等轴晶的增多。试验证明施加磁场后熔池顶部组织出现等轴晶, 且随着远离磁场中心, 熔池顶部的等轴晶数量逐渐增多, 与计算结果的分析趋势相吻合。

为提高Inconel 690合金管表面的耐蚀性和耐磨性，对合金管表面进行了激光熔凝渗氮处理,对处理后试样的微观组织、相组成、显微硬度及耐蚀性能进行了测试与分析，研究结果表明,激光氮化层主要由CrN、γ相等物相组成，氮化层具有较高冶金质量且无裂纹、气孔等缺陷，组织分布均匀、晶粒细小，显微硬度最高达到253 HV。经过激光熔凝渗氮处理后，合金管对Cl-表现出较好的腐蚀抗性，但对OH-的耐蚀性能轻微降低。

利用稳态磁场辅助激光熔凝，在不改变激光工艺参数的条件下，抑制了熔凝层表面的波纹。同时，建立了考虑熔池内部的传热、对流、相变、电磁力和熔池表面形貌的多物理场耦合仿真模型。通过对比实验结果讨论了在稳态磁场作用下，熔凝层熔池内部温度场和流场的变化规律以及表面波纹的抑制原理。结果显示，稳态磁场所提供的洛伦兹力为抑制熔池对流的阻力，其方向与熔池对流方向时刻相反。随着磁场强度的增加，熔池内部的整体流速逐渐降低，但温度场的变化不甚明显。当稳态磁场的强度大于0.5 T时，熔池形状发生变化，熔凝层表面的波纹高度明显降低，但金相组织基本不变。