为改善20Cr13不锈钢零部件表面性能，利用激光熔覆技术在20Cr13不锈钢基材表面制备15-5PH合金涂层实现其表面强化。采用超景深显微镜、光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、显微硬度计及摩擦磨损试验机等，对利用信噪比分析获得的较优工艺参数下的15-5PH合金涂层的几何形貌、微观组织、物相、显微硬度及摩擦磨损性能等进行分析。结果表明：熔道的熔宽、熔高、熔深与激光比能之间成正比；15-5PH涂层与20Cr13不锈钢冶金结合良好，无裂纹、气孔等缺陷；涂层组织以等轴晶和柱状晶等组成，涂层中析出了颗粒状NbC、NiCx、ε-Cu等硬质相。显微硬度和摩擦磨损性能结果表明，涂层显微硬度约为基材的2.4倍，同时涂层耐磨性较基材有明显提升，其磨损形式为黏着磨损及磨粒磨损。

采用激光熔覆技术，在45钢表面制备了钴基熔覆层。通过金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）和摩擦磨损试验机，检测熔覆层的微观结构组织、熔池形貌及熔覆层的耐磨损性能。结果表明，熔覆层质量随着激光功率的增大呈现先提高后降低的变化，达到2 000 W时，熔覆层质量最优，熔池较为稳定，无气孔等缺陷。熔覆层的显微组织从粗大弥散的柱状晶，转变为细小均匀的等轴晶，最终又变为粗大的柱状晶。在磨擦磨损试验中，随着激光功率的增大，熔覆层的磨损机理从块状剥落到颗粒磨损，其中功率为2 000 W时，熔覆层的耐磨性最优，实时摩擦因数最为平稳，磨损率仅为1.3×10-4 mm3/(N·m)。

采用激光技术对Cu基材进行表面强化处理。使用扫描电镜(SEM)、电子能谱计(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对强化表面进行显微组织和物相分析，并测试了样品的显微硬度、耐磨性能和导电性能。结果表明，激光强化层无裂纹，组织细小均匀、呈快速凝固特征，强化层具有较高的硬度(平均硬度为625 HV0.1)和良好的耐磨性，其磨损失重仅为纯Cu基材的1/5，而激光表面强化使导电性略微降低。激光表面强化层硬度和耐磨性的提高可归因于颗粒强化、细晶强化和固溶强化的共同作用，而导电性的降低程度主要受稀释率的影响。

研究了影响玻璃质光学元件表面质量的主要因素，认为表面微裂纹是表面强度改变的主要原因。用机械磨削初成形工艺方法分析研究了表面微裂纹产生的原因；通过裂纹尖端应力集中及Griffith能量平衡理论，分析了裂纹扩展方式；结合表面结构缺陷理论及研磨处理表面微缺陷工艺，阐述了HF腐蚀法对微裂纹的去除机理及效果；最后，综述了通过生产工艺提高玻璃强度的方法，重点讨论了离子交换法，镀膜法和HF腐蚀法等表面处理技术,指出使用HF腐蚀法去除表面微裂纹更适用于玻璃质光学元件的表面加工。

为了增加激光诱导放电坑强化层深度，同时考虑降低由于表面严重气化导致能量的损耗，研究了激光诱导组合脉冲放电的技术。采用多激光诱导放电的方法，通过在脉冲放电过程中增加脉冲激光个数，来增强通道后期激光诱导的能力；采用增加放电脉冲个数的方法，通过控制加工点的温度来控制放电能量的输入方式，减少能量的集中度，来增加强化层深度。结果表明，通过增加诱导激光脉冲个数，放电坑直径从原来的690μm 降为652μm，强化层深度从85μm增加到100μm，通过将1个单脉冲改为一定间隔的3个子脉冲，放电坑直径降为653μm，强化层深度增加到92μm。该方案适合机械部件的表面强化加工。

研究了激光诱导放电(LGD)材料表面离散处理的机理和加工方法。在机理研究中发现激光诱导在大尺度上(放电点间隔)和小尺度上(放电点内部)都抑制了放电的随机性,实现了放电点位置的设定,增加了强化深度,提高了放电点的一致性。在LGD表面毛化研究中,发现随着峰值电流的升高,毛化坑凸起高度和毛化表面粗糙度(SRa)随之增大,毛化坑凸起的硬度达到1000 HV。在LGD表面强化研究中,发现通过控制放电电流和脉冲宽度能够获得不同径深比的强化点横截面形貌。在长脉冲宽度下强化点的径深比相似,高电流下的强化点直径更大,强化层更深,低电流则相反。在短脉冲宽度下强化点的深度相似,而高电流的径深比更大,低电流则相反。

使用自行配制的Ni基合金粉末和混合加入适量其他功能性粉末，采用基体预热和激光同轴送粉熔覆技术，进行在板坯结晶器母体表面熔覆强化的试验研究。结果表明，通过基体预热和激光同轴送粉熔覆强化，可以有效减小预铺再熔覆产生的较多的孔缝现象；可以通过粉末配制控制熔覆层的成分构成，且熔覆层组织致密、均匀，呈典型的快速凝固现象；熔覆层与基体元素相互渗透和稀释，得到了具有良好冶金结合与高致密度的结合过渡区，而且基体稀释率很小；通过此种强化处理可明显提高结晶器的耐磨性和耐蚀性。

采用45#钢作为工件电极,钨合金作为工具电极,在不同放电电流、放电脉宽条件下,于空气中进行了单脉冲激光诱导放电实验。从表面形貌照片来看,放电点大致为圆形,坑表面较平坦,随着放电脉宽、放电电流的增大,强化点坑径、坑深随之增大。通过对实验数据的拟合,得到了强化点坑径、坑深随放电电流和放电脉宽变化的经验公式。获得的经验公式拟合效果好,相关系数高,可用来指导加工工艺的优化设计。

为了提高碳钢的表面性能,在45#钢表面制备Ni-P-纳米Al₂O₃化学复合镀层,再通过脉冲Nd:YAG激光对镀层表面进行强化处理。利用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)观察镀层在脉冲激光处理前后的表面形貌与截面微观组织,利用X射线能谱仪(EDS)对截面进行元素分析,用X射线衍射仪(XRD)对脉冲激光处理前后镀层进行物相分析,用显微硬度计测量镀层截面硬度分布。结果表明,镀层经脉冲激光处理后,由表及里分为树枝晶区、胞晶区、柱状晶区、熔合区、热影响区(HAZ),并与基体形成冶金结合;镀层由非晶态转变为晶态,生成Al5FeNi,FeNi及Fe0.64Ni0.36等金属间化合物;强化层最高硬度较未经激光处理的复合镀层提高1.7倍,较基体提高4.5倍,这是硬质相粒子弥散强化及马氏体相变强化综合作用的结果。

使用激光诱导微弧放电的方法对45#钢进行了表面强化。通过实验对比了高压诱导放电(HVGD)和激光诱导放电(LGD)两种表面强化方法。发现激光诱导放电使电极间隙的击穿电压降低了一个数量级, 同时放电点和激光焦点重合, 实现了对放电点位置的控制。在两种诱导放电过程中放电点的膨胀速度基本相同, 但是受到初始放电点大小的影响, 激光诱导放电点直径大于高压诱导放电点。在两种诱导放电过程中强化深度都存在最大值, 约为180 μm。放电点的强化层由熔凝层和相变硬化层组成, 其中熔凝层的硬度最高达到800 HV。