在AISI 4140基体上采用预置材料激光熔敷的方法制备了镍石墨烯立方氮化硼(Ni-Graphene-CBN)复合材料涂层。X射线衍射(XRD)和Raman测试证明了石墨烯和CBN存在于所制备的涂层材料中。扫描电镜(SEM)图片给出了所制备的复合材料涂层的表面和断面形貌。进行了复合材料涂层的纳米机械性能和耐磨性的测试。测试结果表明: 随着CBN含量的增加,复合涂层的硬度及弹性模量相应提高,分别由4.3 GPa提高到6.2 GPa和101 GPa提高到140 GPa; 同时其耐磨性也有明显改善，6% CBN含量的涂层摩擦系数由基体材料的0.2降低到0.15，最大磨损量降到基体磨损量的一半。

采用横流CO2激光器并利用50%Cr3C2和50%的Ni-Cr合金粉末对高铬铸铁轧辊表面进行激光熔覆实验。利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计(HV)、磨损试验机分别研究了不同工艺参数下熔覆层组织形貌，相结构和成分、硬度分布和磨损性能。实验结果表明，适宜的工艺参数有利于得到理想的熔覆形貌和提高熔覆效率并避免裂纹的形成，熔覆层的表面组织为Cr3C2和M7C3型碳化物，表层硬度显著提高，可达1 100 HV为基体的2倍，同时熔覆层耐磨性能得到有效提高。

针对高端菜刀刀刃所采用的430不锈钢耐磨性不够、使用寿命较低的问题, 采用激光熔敷Ni35-WC硬质合金的方法对其进行改善处理。研究了不同熔敷工艺对熔敷层一次熔敷厚度和微观组织结构的影响。结果表明, 激光功率在1 600 W范围内, 激光功率越大, 一次熔敷层厚度越大; 氩气流量增大, 一次熔敷层厚度先增加后减小; 熔敷速度增加, 一次熔敷层厚度减小。含60% WC的Ni35-WC硬质合金粉末在激光功率为1 600 W, 熔敷速度为300 mm/min, 氩气流量为4 L/min时获得最理想的熔敷效果。一次最大熔敷厚度可达2.5 mm, 表面无裂纹, 达到了刀具开刃的理想厚度。熔敷层组织为细针状马氏体加少量残留奥氏体。平均显微硬度可达8.50 GPa, 摩擦系数小, 耐磨性好。

针对设计中难以求出用于激光快速制造的三维送粉头解析解的难题,借助有限元分析程序ANSYS,对其进行了强度分析和模态分析。然后采用安装有三维送粉头的横流式5kW CO2激光器和5轴数控机床,对35#钢进行了激光淬火和激光熔敷实验,所得结果验证了有限元分析的可靠性,所做的研究为送粉头的设计和改进提供了有益的参考。

为满足激光快速制造的要求,设计了三维同轴送粉工作头.采用由单片机组成的控制系统控制二个步进电机以实现送粉头能绕Φ轴旋转和Ψ轴旋转,加上原有数控系统的运动配合使送粉工作头具有三维空间工作能力,它克服了普通送粉头工作空间的限制,同时还具有粉末流束焦点可调功能.此工作头用于激光快速制造能制造出轴瓦类等零件.用于激光涂敷可以完成形状较复杂零件的表面修复, 如导套零件等.利用研制的三维送粉头对导套零件和不锈钢板进行了大面积激光再制造的初步试验研究,取得了良好的效果.

利用CO2连续激光对预涂石墨和硅混合粉末的Ti-6Al-4V合金进行了熔敷处理。金相分析发现熔敷层内形成了大量的化合物,X射线衍射分析证实形成的化合物主要为SiC,Ti5Si3和TiC等。电子探针分析表明熔敷层内的初晶化合物主要由SiC和TiC组成,共晶化合物则主要是Ti5Si3。熔敷层与金属基体呈良好的冶金结合,其硬度可达2000 Hv0.1,摩擦系数约为0.3,而基体的硬度约为320 Hv0.1,摩擦系数约0.55。可见熔敷层较基体的硬度大为提高,且其耐磨性能较好。激光工艺参数的改变影响着熔敷层的组织和性能,调整工艺参数可获得无气孔和裂纹的熔敷层。

研制了一种非载气式激光同轴送粉系统,粉末流能汇聚输出,其焦点尺寸为??1.5 mm,焦距fp15～35 mm连续可调.在二维平面上熔敷消除了方向性影响,多层激光熔敷组织、成分及硬度分布均匀.与载气式同轴送粉相比,具有较高的粉末利用率(60%～80%)及较高的工业应用价值.

针对解决重大昂贵装备修复技术,提出了激光再制造技术概念,它由三维激光成形光束头、三维激光涂敷系统、CAD/CAM软件、专用材料工艺、控制检测系统等组成.对比研究了激光修复与常规修复材料特性,并展望了激光修复的若干工业应用前景.

采用铁基熔敷材料,在不预热情况下通过调整熔敷金属Ni含量,改变铸铁激光熔敷层内奥氏体相与渗碳体相体积分数,进而抑制熔敷层裂纹的产生.在抗裂性最佳激光熔敷工艺参数基础上, 研究了Ni对熔敷层奥氏体体积分数及表面裂纹率的影响,揭示了熔敷层开裂的微观机制,获得了搭接25道熔敷层不裂的Fe-C-Si-Ni系熔敷材料.以此熔敷材料为基础,改变钛粉含量,在熔敷层得到原位自生TiC,研究了TiC对熔敷层耐磨性的影响,分析了TiC数量对熔敷层磨损形貌及磨损质量损失的影响规律,最终获得了可显著提高熔敷层抗裂性及耐磨性的Fe-C-Si-Ni-Ti熔敷材料.

以Ti-Si-Ni混合合金粉末为原料,利用激光熔敷技术,在高温、高强钛合金BT9表面制得了以金属间化合物Ti5Si3为强化相、以金属间化合物NiTi为基体的金属间化合物快速凝固高温抗氧化复合材料涂层.在1000℃恒温氧化50小时的试验条件下测试了涂层的抗氧化性及氧化动力学曲线,分析了复合材料涂层及氧化膜的显微组织结构及相组成.