以Q235低碳钢为材料，研究了光束扫描对激光热丝焊的焊缝成形特性、微观组织和力学性能的影响。结果表明：在扫描激光的作用下，焊缝的成形变得更加均匀，飞溅减少，焊缝熔深减小，熔宽增大，截面熔合区底部变得更加平滑；扫描激光的加入降低了熔池的温度梯度，抑制了粗大柱状晶的生长，改变了铁素体晶粒形态，细化了熔合区组织，提高了焊缝韧性及延伸率；扫描激光促进了焊缝成分的均匀化分布，抑制了偏析，降低了熔合区显微硬度。由于激光作用面积增大等因素，光束扫描增强了激光热丝焊接对间隙的桥接能力。

利用热丝化学气相沉积法(HFCVD)在碳化硅基底上制备金刚石薄膜, 采用场发射扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、原子力显微镜研究了在不同甲烷浓度条件下制备的金刚石薄膜表面形貌及物相组成, 在干摩擦条件下通过往复式摩擦磨损实验测试并计算了已制备金刚石薄膜的摩擦系数和磨损率, 结合物相分析及摩擦磨损实验结果分析了甲烷浓度的改变对金刚石薄膜摩擦磨损性能的影响。结果表明, 由于甲烷气体含量的升高, 金刚石薄膜结晶质量下降, 薄膜由微米晶向纳米晶转变。摩擦磨损实验结果显示: 3%甲烷浓度条件下制备的金刚石薄膜耐磨性较好, 磨损率为2.2×10-7 mm3/mN;5%甲烷浓度条件下制备的金刚石薄膜摩擦系数最低(0.032), 磨损率为5.7×10-7 mm3/mN, 制备的金刚石薄膜的耐磨损性能相比于碳化硅基底(磨损率为9.89×10-5 mm3/mN)提升了两个数量级, 显著提高了碳化硅基底的耐磨性。

提出并试验研究多激光束与中轴热丝复合直接沉积(熔覆)相结合的新工艺。通过单道沉积试验发现热丝激光沉积效率高于冷丝激光沉积效率,且熔覆带与基板容易结合。使用热丝激光沉积技术进行扫描方向试验、单层多道搭接试验、薄壁沉积试验和实体沉积试验,结果表明:热丝激光沉积过程稳定且可持续,熔道表面光滑、均匀,无毛刺、球化等缺陷;试样沉积表面平整,不受扫描方向的影响;成功进行了长方体沉积成形试验,能够成形三维复杂结构。

为了研究磁场对激光焊接的影响, 采用在工件旁放置永磁铁、提供横向或者纵向常磁场对不锈钢进行激光电流热丝焊接的方法, 结合焊缝横截面形状以及焊缝组织等, 对不同磁场下激光热丝焊接头进行了分析。结果表明, 磁场的加入对焊接过程和接头形状有显著影响, 适当的磁感应强度能稳定激光热丝焊接过程, 磁感应强度过大则易造成大量飞溅; 焊缝接头的形状随磁场的方向、极性以及磁感应强度的变化而改变; 横向磁场的加入能提高激光热丝焊接效率; 磁场还能减少焊缝柱状树枝晶区域, 促进胞状晶的形成, 提高焊缝的显微硬度值。外加磁场在焊接熔池中产生了安培力, 安培力是搅拌熔池的主要作用力, 从而改变液态金属流动, 造成激光热丝焊接头形状和组织的改变。

采用热丝化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)的方法, 以丙酮为碳源生长金刚石薄膜时, 利用等离子体发射光谱对生长过程中的等离子体空间分布进行了在线诊断。 采用SEM, Raman光谱分别对沉积金刚石膜表面、 断面的形貌和质量进行表征。 光谱分析表明, 对于线性阵列布丝情况下, 中心区域与边缘区域的基团分布存在差异, 中心区温度高, 裂解能力强, 基团强度高于两边, 但中心区域基团特征峰强度的变化比等离子球平缓的多; 距离热丝越远, 热辐射减小, 从丙酮分子中裂解出CH和CO等基团以及由原子H激发的Hβ与Hα等强度降低, 反而使得复合生成的C2基团增加。 SEM测试结果表明, 当丝基间距为4.5, 5.5, 6.5 mm时, 所沉积的金刚石薄膜表面由致密规则晶面向混乱转变, 且单位时间内的生长速率也依次降低, 此外, Raman光谱表明随着纵向间距的加大, 金刚石薄膜的质量随之降低。 这与诊断结果中CH和CO强度的降低, C2基团强度增加及基团C2/Hα比强度下降相吻合。

为了研究热丝温度对a-SiNx:H薄膜性能的影响，采用热丝化学气相沉积法，以SiH4，NH3，H2为反应气源，改变热丝温度沉积薄膜。通过紫外-可见光吸收谱、傅里叶红外透射光谱、光致发光光谱等测试手段对薄膜发光特性、微观结构及键合情况进行表征与分析。从测试情况可知，当热丝温度为1645℃时，H含量最大，N含量最小，同时其折射率最高，薄膜材料的有序度增大；当热丝温度为1713℃时，H含量减少，N含量达到最大，且随着热丝温度增大，薄膜中N含量又开始下降，内部缺陷态密度增加。结果表明，热丝法制备a-SiNx:H薄膜的热丝温度最佳值在1596℃～1680℃之间，此时所制备的薄膜折射率为2.0，适合应用于硅基太阳能电池减反射膜层，且具有较充分的氮、氢含量，薄膜结构、性能稳定。

发射光谱法是对等离子进行在线诊断的常用方法。在丙酮/H₂、丙酮/H₂/He和丙酮/H₂/Ar三种体系中,对热丝化学气相沉积金刚石薄膜过程中的等离子体进行了在线测量。研究了不同体积分数的惰性气体对等离子体中各活性基团强度的影响,以及CH，H_β与C₂的相对强度的比值、电子温度的大小随惰性气体体积分数的变化关系。结果表明,各基团的强度随着惰性气体体积分数的增加呈现上升趋势,且加入同体积分数的氩气比加入氦气的影响更大；CH，H_β与C₂的相对强度比值、电子温度随着惰性气体体积分数的增加而呈现下降趋势,且在丙酮/H₂/Ar体系中要比丙酮/H₂/He体系中小。

发射光谱(OES)是对等离子体过程进行检测和诊断最常用的方法，利用等离子体发射光谱，在甲烷/H2/Ar 和丙酮/H2/Ar 两种碳源体系下，对热丝化学气相沉积(HFCVD)金刚石薄膜过程进行了等离子体原位在线测量，研究了两种碳源下等离子体内部各基团种类、强度的差异，以及气压对丙酮体系中各种基团的强度影响。结果表明，两种碳源下主要的基团种类基本相同，但基团谱线差异非常明显。丙酮体系中CH 谱线最尖锐，并且无H2谱线，Ha随气压的增加而减小，其他基团均在3.5 kPa 附近出现最大值；CH4 体系中Ha 谱线强度最大，出现H2 谱线；Ar 基团在两个体系中出现谱峰所对应波长不一样，其中在丙酮系统中为433.36 nm，在CH4体系中为794.8 nm。

装配间隙是影响国际热核聚变实验反应堆(ITER)校正场线圈盒激光封焊质量的重要因素之一。采用热丝填充激光焊接，在离焦量分别为+5、+10、+16 mm的情况下对5 mm厚核聚变用钢316LN在不同对接间隙条件下进行光斑直径与对接间隙裕度的研究。焊后进行了焊缝表面、截面形貌的分析，同时进行了金相组织、接头拉伸强度、显微硬度测试及断面电镜与成分分析。结果表明，在热丝填充激光焊接中，光斑直径大小不仅可以与对接间隙量相当，还可以在小于对接间隙量0.1～0.2 mm的情况下，得到表面成形较好且抗拉强度值较高的焊缝，当光斑直径小于对接间隙量达到0.3 mm时，焊缝表面成形变差且抗拉强度值下降。

激光热丝焊热输入小，填丝效率高，焊缝熔合比小，特别适合于表面堆焊及厚板的窄间隙焊接，如何获得稳定的焊丝过渡是其关键问题。采用高速摄像观察了不同工艺参数下的焊丝过渡行为，将其分为滴状过渡、熔断过渡、连续过渡、顶丝过渡4种类型，连续过渡是稳定的焊丝过渡，是获得良好焊缝成形的前提。不同焊丝过渡行为的区别表现为焊丝熔化位置不同，这是由焊丝获得热量的大小不同所导致的。获得稳定焊丝过渡的工艺控制原则是：电阻热小于焊丝熔化热，且电阻热与熔池传热之和大于焊丝熔化热。通过理论推导对熔池外焊丝温度进行了计算，发现当电阻热将熔池外焊丝加热至接近熔点时，有利于获得稳定的焊丝过渡。