提出了磁场辅助激光沉积类金刚石(DLC)膜技术, 在硅基底附近添加磁力线向基底收拢的磁场, 用以迫使侧向飞行的离子向基底靠拢并参与成膜。由于离子向基底的集中, 使其在膜层中含量大幅上升, 间接地减少了大颗粒的比例, 因此, 与无磁场条件下制备的DLC膜相比, 引入磁场不仅提高了DLC膜的沉积速率, 而且提高了其机械硬度; 更重要的是, 间接地证明了激光对靶材离化的高效性, 为脉冲激光沉积(PLD)结合磁过滤技术提供了可行性的依据。

利用飞秒激光和纳秒激光分别在氧气氛环境和高真空环境中烧蚀石墨靶材, 在硅基底上获得了两种不同的类金刚石膜, 通过红外透过曲线的拟合, 获得了各自的光学参数; 进而设计和制备了不同厚度组合的双层结构类金刚石膜硅基底样品: 飞秒激光在氧气氛环境中制备的类金刚石膜具有低折射率、高透过性的特点, 所以将其作为双层膜的内层, 发挥其红外增透效能; 纳秒激光在高真空环境中制备的类金刚石膜具有高硬度、耐蚀性的特点, 所以将其作为双层膜的外表层, 发挥其抗划、耐蚀的功能。实验测试表明: 随着外表保护层厚度的增加, 样品的中红外平均透过率逐渐下降0.5%~3%, 表面硬度提高7.2~24.7 GPa。碱溶液浸泡试验表明, 外表保护层能够承受碱溶液腐蚀, 但过薄的保护层不能阻止溶液向膜层内部的渗透, 从而使得不具有耐蚀性的红外增透层被腐蚀。研究结果为不同应用目的的双层膜或多层膜结构的设计与制备提供了实验基础。

提出了双激光沉积掺杂薄膜技术，利用准分子纳秒激光和飞秒激光分别烧蚀石墨和锗靶材，保持准分子纳秒激光的参数不变，而将飞秒激光的脉冲频率逐次由0提高至500 Hz，在硅基底上获得锗含量逐次增大的掺杂类金刚石膜。实验结果表明：随着锗掺杂量的提高，锗掺杂类金刚石膜的折射率略微增大，消光系数增大7.3倍；表面硬度呈近似的线性降低，降低幅度约为41.3%；内应力呈非线性减小并在某值趋于稳定，降低幅度约为78.1%。牢固度实验结果表明，锗掺杂量的提高可以增强类金刚石膜在基底上的附着性能，但不利于其对溶液的耐腐蚀性。研究结果为不同应用目的的掺杂类金刚石膜及其复合膜层的设计提供了实验基础，且研究方法具有很强的可扩展性，不仅仅限于实验所限薄膜范围。

研究了激光焊接热输入对纳米析出强化钢焊接接头熔深、显微组织及纳米力学性能的影响。利用体视显微镜和扫描电子显微镜对焊接接头的熔深、显微组织进行了分析，通过纳米压入实验对激光焊接接头各区域的纳米硬度和弹性模量进行了研究。实验结果表明：随着焊接热输入增加焊缝熔深逐渐增大，两者之间呈一元线性关系；当焊接热输入低于94 J/mm2时，焊缝为全马氏体组织；当焊接热输入超过125 J/mm2时，焊缝中出现贝氏体组织和铁素体组织；且随着热输入的增加，贝氏体和铁素体含量有所增加。随着焊接热输入的增加，焊缝区的纳米硬度逐渐降低，其原因为热输入增大致使贝氏体和铁素体的形成。焊接热输入对焊缝的弹性模量影响不明显，弹性模量在200 GPa左右。

激光温喷丸工艺(WLP)结合了激光喷丸强化(LP)和动态应变时效(DSA)的双重优势。为了研究不同工艺温度对IN718合金WLP 后高温表面性能稳定性的影响，选取不同温度条件下，即LP(25 ℃)和WLP(230 ℃、260 ℃、290 ℃、320 ℃)的IN718 合金为研究对象，通过高温保持试验和纳米压痕试验，以残余压应力、纳米硬度和弹性模量为表征指标，探讨了温度效应对WLP 后高温表面性能稳定性的影响。结果表明，随着WLP 工艺温度的升高，残余压应力呈递减的趋势；随着保温温度的升高，LP 和WLP 处理后试样表面残余应力释放幅度均明显增大，但前者释放速度更快；通过载荷-位移曲线可进一步确定温度效应对IN718 合金WLP 后高温释放行为的影响，且260 ℃下处理的WLP IN718合金表面在高温下具有更好的稳定性。

采用纳秒激光设备对灰铸铁表面进行激光喷丸微造型,制备出不同深度的微凹坑,通过对微造型前后试样表面的相关力学性能测试建立了激光能量与微造型特征(微凹坑深度、残余应力、纳米硬度、弹性模量)之间的对应关系,为获得能量加工参数的优化选择提供了依据。

介绍了纳米压痕测试技术的基础理论及纳米压痕法常用的Oliver -Pharr方法的计算原理。采用纳米压痕试验测得不同表面粗糙度的Li2O-Al2O3-SiO2微晶玻璃样品的纳米硬度、弹性模量和载荷-位移曲线。结果表明样品表面粗糙度会降低纳米压痕测试结果的稳定性、准确性和可靠性: 样品表面粗糙度越小, 测得的纳米硬度和弹性模量值波动越小, 载荷-位移曲线重合性越高。随着最大载荷的增大, 测得的弹性模量逐渐减小, 其原因是压痕边缘材料发生了塑形变形。在超光滑表面样品(Ra=0.9 nm)上测得较为准确的Li2O-Al2O3-SiO2微晶玻璃纳米硬度和弹性模量值分别为8.8 GPa和7.79 GPa。纳米压痕测试结果的重合度对于评价超光滑表面完整性研究具有指导意义。

采用直径为300 μm的激光光斑对TiN涂层表面进行微尺度激光喷丸强化处理以进一步提高TiN涂层的表面性能。利用光学轮廓仪和纳米力学测试系统测量了不同激光工艺参数作用下TiN涂层喷丸区域的表面形貌、纳米硬度及弹性模量分布。结果表明，喷丸区域形成的圆锥形凹坑最大深度约为12 μm，纳米硬度和弹性模量在喷丸中心处变化最大，并在一定范围内随着激光能量的增大而增大，当激光能量为250 mJ时，两者最大，分别达到5021 GPa和4028 GPa，与初始状态相比分别提高了140%和439%。

为了研究激光冲击强化对镁合金力学性能的影响以及不同激光冲击模式的效果,采用双束无叠加钕玻璃脉冲激光对AZ91镁合金进行冲击处理；冲击后在试样表面得到椭圆冲击斑，对光斑形貌和形状进行了观测分析，并与传统单点叠加冲击模式的结果对比。采用Triboindenter 纳米压痕仪测试了冲击和未冲击区域的纳米硬度，得到测量值分别为1.59GPa和1.47GPa；采用X2350A 型X 射线应力衍射仪测试冲击区域残余应力分布情况，并用有限元软件ABAQUS对残余应力进行了数值模拟，得到实验测量和模拟结果在加载区域都有高达-120MPa左右的残余应力分布，且模拟结果与实验结果一致。结果表明,采用双束无叠加冲击模式可以提高冲击效率；激光冲击处理提高了镁合金的纳米硬度和力学性能，增强了其抗外物冲击损伤和抗疲劳性能。

基于原子力显微镜(AFM)和金刚石针尖建立了一套纳米压痕测量系统.通过向系统发送控制电压使金刚石针尖在完成加载和卸载全过程的同时进行实时的数据采集并直接绘出载荷-压深曲线.利用该系统,对单晶铝和单晶铜薄膜材料进行了单点压痕实验,用美国Hysitron公司的纳米原位测量仪(TriboIndenter)做了验证试验.实验结果表明,该系统适合测量较软材料的纳米硬度.分析了基体材料对薄膜硬度和弹性模量的影响,在薄膜厚度低于5～10倍压入深度时,基体对薄膜材料的力学性能影响很大;并根据获得的载荷-压深曲线分析得出由于尺度效应的影响,随着压痕深度的减小,薄膜的硬度值呈明显的上升趋势,弹性模量没有这个趋势.