采用冷喷涂-激光熔覆顺序耦合技术，在高速列车车轴钢EA4T表面制备Ni30冷喷涂中间层后，采用激光熔覆技术制备Fe314涂层，以研究冷喷层作为激光熔覆中间层对激光熔覆车轴组织及性能的影响。试验结果表明，Ni30涂层对熔覆层和热影响区组织形貌没有影响，但改变了熔覆层界面处元素含量，并减小了热影响区面积。激光热导致强烈塑性变形的Ni30颗粒界面发生熔化，涂层与车轴钢由机械结合变为冶金结合，剪切强度由35.9 MPa提高为224.4 MPa。在性能方面，Ni30中间层导致复合试样熔覆层、热影响区的硬度和剪切强度均降低，塑韧性得到提升，从而性能更接近基体。但过多的激光热导致冷喷涂Ni30气孔聚集长大，且受激光热作用后涂层结合强度比单熔覆试样低115 MPa左右，因而接下来仍需对工艺进行优化。

以3 mm厚6082-T6铝合金为母材进行激光-MIG复合焊接，研究激光功率与送丝速度对焊缝成形、微观组织及力学性能的影响，并对不同功率下的焊接接头进行气孔缺陷分析。结果表明，在激光功率为1 900 W、送丝速度为4 m/min时，焊缝成形最好，接头显微硬度从母材到焊缝中心呈现先减小后增大的趋势，热影响区处存在软化现象，接头抗拉强度可达313 MPa，延伸率达6.18%。焊缝中心组织为细小等轴晶粒，熔合区为垂直于熔合线生长的柱状晶。另外，随着激光功率的不断增大，接头气孔数量、尺寸及气孔率均随之增大。

钛合金具有优异的综合性能而被广泛应用于航天、航空、化工、海洋等领域。采用激光熔化沉积技术制备TC4钛合金，研究了成形设备最优光粉匹配，建立了基于熔覆层宏观形貌、稀释率、形状系数等约束条件的成形工艺参数优选方法，通过建立熔覆层临界搭接率模型并通过单因素试验，获得了熔覆层搭接率优选范围。采用优选的工艺参数组合进行TC4钛合金成形，并对其组织和性能进行评价。结果表明：TC4钛合金沉积态低倍组织主要由外延生长的粗大β柱状晶和连续晶间α相组成，其晶内组织主要为针状马氏体α′相，扫描电镜下微观组织内部弥散分布颗粒状次生α相。沉积态纵向显微硬度略大于横向显微硬度，横向抗拉强度和屈服强度均高于纵向而延伸率略低于纵向。横向拉伸断口表现为沿晶断裂特征，纵向拉伸断口表现为塑性断裂特征。采用优选的工艺参数成形得到的TC4钛合金沉积态力学性能优于SAE AMS 4999A标准规定的性能。

采用不同的扫描策略，通过激光熔化沉积技术制备出TC4钛合金。通过光学显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和电子万能材料试验机研究了扫描策略对TC4钛合金组织和性能的影响，利用X射线衍射法对TC4合金XOZ平面残余应力的演变和分布进行分析。结果表明，扫描策略影响了网篮组织的形态，进而影响了TC4合金的力学性能。TC4样品在回旋扫描策略下的拉伸强度和屈服强度最大，分别为1251.7 MPa和1250.0 MPa，而在单向扫描策略下TC4样品的拉伸强度和屈服强度最小，分别为991.5 MPa和1010.9 MPa。残余应力在不同扫描策略下的变化很大，其中，分区回旋扫描所得试样的测试结果分布更均匀。不同扫描策略所得试样的总体应力水平排序依次为分区回旋扫描、往复扫描、回旋扫描、单向扫描。

采用激光熔化沉积技术成形了TC11钛合金，研究了层间停留时间对其组织及性能的影响。结果表明，沉积态试样的宏观组织随层间停留时间的增加由等轴晶向柱状晶转变；在不同层间停留时间下，沉积态试样的内部均为极细α+β网篮组织，因此沉积态试样的力学性能呈高强低塑特征。随着层间停留时间的增加，沉积态试样的宏观层带现象更加明显，室温力学性能的各向异性显著增大，这是因为后续沉积层对已沉积层的表层重熔再沉积和热处理效应导致局部组织粗化、α相比例增加，进而引起沉积方向网篮组织的规律性不均匀。

采用高功率半导体激光器在45#钢圆棒表面制备了Ni25、Co2和316L多层熔覆层, 用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对熔覆层的微观组织及物相进行表征, 并测试涂层试样的硬度与耐磨性能。结果表明, 熔覆层组织均匀、致密, 晶粒细小, 与基体成冶金结合; 激光多层熔覆时, 熔覆层经多层重叠扫描, 重复融化凝固造成层与层结合区存在一明显白亮带, 层内组织在该处存在明显分层现象; Ni25合金熔覆层主要物相有γ-Ni固溶体、BNi3、B2Fe3Ni3、C-Fe-Si等; Co2熔覆层主要由γ-Co、γ-Ni固溶体等组成; 多层熔覆层硬度和耐磨性相较于基体, 有较大提高, Co2合金熔覆层平均硬度值最高, 达到了584.7 HV0.3, 多层熔覆层经过多次重叠扫描, 重复融化凝固熔覆层硬度更加均匀。

利用选区激光熔化(SLM)增材制造技术成功制备了5CrNi4Mo 模具钢试件，研究了激光成形5CrNi4Mo 模具钢的相变过程及其机制，分析了激光线能量密度η(激光功率与扫描速度之比)对SLM 成形件致密度、显微组织和力学性能的影响规律。研究表明：过高的η(387.5 J/m)引起球化效应，使得成形件内部含有残留孔隙，成形致密度降低；过低的η(155.0 J/m)导致熔体润湿性较低，成形致密度较差。将η优化为258.3 J/m 时，成形试件加工缺陷减少，成形致密度提升到98.12%。激光加工的快速冷却作用易导致马氏体相变；原始粉末中的Mn、Ni、Cr等合金元素可以增加过冷奥氏体的稳定性，降低马氏体临界冷却速度，从而确保了马氏体转变的顺利进行；随着η的降低，马氏体组织发生明显的细化。当η=193.8 J/m，成形试件具有较高的显微硬度(689.5 HV0.2)、较低的摩擦系数(0.44)和磨损率[2.3×10^-5 mm³/(N?m)]。

以Ni60-10% hBN(质量分数/%)复合粉末为原料,采用激光熔覆技术在TC4合金表面成功制备出了γ-Ni/TiC/TiB2＋CrB-Ni3B/hBN高温自润滑耐磨复合涂层。在600 ℃下分别将该复合涂层保温10、30、50 h,研究不同时长的高温时效处理后该复合涂层的物相、组织形貌、显微硬度和摩擦学性能的变化及其机理。结果表明,高温时效处理前后复合涂层的物相组成基本不变,高温时效处理50 h后的涂层平均显微硬度由时效处理前的1162 HV0.2降为910 HV0.2 ;涂层的摩擦系数及磨损率由时效处理前的0.225和4.85×10-6 mm3/Nm分别升高到0.375和5.35×10-6 mm3/Nm,但相较于基体仍然具有良好的耐磨减摩性能,在600 ℃下长时间时效处理后,该复合涂层的物相、组织和摩擦学性能都表现出良好的高温稳定性。

在相同线能量条件下对E36 高强钢和304 奥氏体不锈钢进行了激光对焊。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X 射线仪(XRD)对焊接接头的形貌，金相组织进行了分析，并对焊缝的显微硬度和抗拉强度进行了评价。结果表明：焊接线能量和激光功率密度同时对焊接接头的宏观形貌起着决定性作用。焊接速度对焊接接头的微观晶粒形态影响较大。焊缝主要是由马氏体组织和少量碳化物组成。304 侧熔合区的组织主要是由奥氏体和少量δ -铁素体组成，E36 侧热影响区生成了板条马氏体、贝氏体和铁素体组织。激光功率为1 kW 时，焊缝硬度较其他条件低且拉伸试样在焊缝处断裂，而其他试样均在E36 基体上断裂。

采用脉冲式NdYAG激光器作为焊接热源，对镀锌钢板和AISI 304不锈钢板进行非熔透型激光叠焊，通过控制焊接工艺，使得焊接接头在满足强度要求的同时底面无痕迹，以保证不锈钢板的外观质量。通过研究电流、焊接速度、离焦量对焊缝熔深、熔宽和强度的影响规律，对工艺参数进行了优化；焊接最佳工艺参数为I=350 A, V=100 mm/min, ΔF=-1 mm,f=4 Hz,W=10 ms，此时的抗剪强度达到使用要求，不锈钢板表面无焊接痕迹；焊缝组织细而致密，为板条状马氏体组织和残余奥氏体，靠近镀锌板侧还有一定的珠光体组织；由于有马氏体硬化层的存在，焊缝区和焊接热影响区的显微硬度比母材高。