针对铝合金硬度低、耐磨性差的问题，采用激光合金化工艺在其表面制备了原位自生TiB₂-TiC颗粒增强铝基复合涂层，在B₄C-Ti的4%、12%、36%三种质量分数下，研究了合金化层的物相组成、微观组织和耐磨性能。利用边-边匹配模型（E2EM模型）计算了原位自生颗粒的界面匹配情况，分析了原位自生相作为异质形核核心的可能性。结果表明，合金化层主要由条状或针状Fe-Al金属间化合物和大量弥散分布、尺寸细小的TiB₂、TiC、Cr₂B等原位增强颗粒组成。原位自生TiC、TiB₂相与α-Al基底、TiC/TiB₂两相之间的面间距失配和原子间距失配均小于10%，表明增强颗粒与基底之间界面结合良好，且TiB₂可作为TiC异质形核核心。合金化层的平均显微硬度高达1156.11 HV，约为基体的15.2倍，磨损体积比基体降低了89.6%，耐磨性能显著提高。

以SiC和B4C为增强相、纯Al粉为基体原材料，采用选区激光熔化(SLM)法在粉层厚度和扫描间距均为0.05 mm、扫描速率为300 mm/s、激光功率为350 W的成形条件下，制备了SiCp-B4Cp[质量比m(SiCp):m(B4Cp)=1:1]增强的Al基((SiCp-B4Cp)/Al)复合材料，研究了SiCp-B4Cp含量[%、15%及20%(质量分数)]对SLM成形(SiCp-B4Cp)/Al复合材料显微组织、显气孔率、显微硬度、摩擦磨损性能和抗折强度的影响。结果表明：当SiCp-B4Cp含量为10%时，试样显气孔率最小且抗折强度最大，分别为4.5%和177 MPa；SiCp-B4Cp含量为20%时试样的硬度最高、磨损率和摩擦系数最小，分别为172.6 HV0.1、3.4×10-5 mm3N-1m-1和0.4。

研究了SiC颗粒增强Al基(SiC_p/Al)复合材料的激光焊接特性,并对比分析了激光-冷金属过渡(CMT)复合焊接、单光束和双光束激光填丝焊接方式对焊接接头形貌和拉伸性能的影响。实验结果表明,双光束激光填丝焊接可获得表面无明显缺陷且连续性较好的焊缝。单光束激光填丝焊接接头的力学性能最优,其强度可达到母材强度的69.4%。受焊缝区气孔率的影响,激光-CMT复合焊接和双光束激光填丝焊接接头的强度仅能达到母材强度的62.5%和53.8%。

采用激光熔覆技术成功制备了Inconel 625/WC-12Co复合涂层,对添加有WC-12Co(质量分数为5%、10%、15%)复合涂层的物相成分、微观组织、显微硬度和摩擦磨损性能进行了研究。结果表明:WC-12Co颗粒在涂层中分布均匀,大部分呈完整球形形态,仅有少部分发生了熔解;随着WC-12Co添加量的增加,复合涂层的组织明显细化,涂层中有多种碳化物产生,主要包括NbC、M23C6;未熔化的WC-12Co颗粒抑制粗大柱状晶的生长,WC-12Co颗粒周围以等轴晶和短的柱状晶为主,Mo、Nb两种元素在晶界发生了明显偏析;复合涂层的显微硬度从264 HV0.2逐渐增加到308 HV0.2,磨损率从10.5004×10 -4mg·m -1降低至0.5768×10 -4mg·m -1。故WC-12Co的添加可以显著增强Inconel 625基复合涂层的耐磨性能。

采用高能束横流HL-5000型CO2激光器在铸钢表面熔覆了含有碳氮化钛增强粒子的铁基熔覆层。利用X射线衍射(XRD)和能谱EDAX对熔覆层进行了分析, 并采用光学显微硬度计对熔覆层的硬度进行了测试。利用金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对激光熔覆层的微观组织进行了研究。结果表明: Ti(C0.3N0.7)可以通过原位反应合成, 新的颗粒状强化相Ti(C0.3N0.7)的形貌特征多呈不规则形状, 弥散分布在熔覆层基体中。熔覆层与母材形成良好的冶金结合, 熔覆层内为方向性强的胞状树枝晶, 晶粒细小。熔覆层的显微硬度HV0.3达到730～850。

扒掌是路基处理车挖掘链的尖端零件, 用于将路基土层耙松并输送到物料处理单元。其工作过程中承受剧烈的磨损, 长期依赖进口。对进口扒掌的结构、涂层组织及性能进行测试, 完成了失效分析, 优化设计了扒掌结构及制造工艺。采用清华大学颗粒增强金属基耐磨材料, 完成了激光熔覆国产化样件研制。对样件激光熔覆涂层的组织、硬度及摩擦学性能进行了测试。并在专门开发的工况模拟试验机上将国产化样件与进口件进行了强化对比试验。试验结果表明, 采用激光熔覆强化及改进结构的扒掌寿命优于进口部件, 成本大幅降低, 可替代进口件。

研究了铌、铬对激光熔覆制备的铁基颗粒增强复合涂层组织和性能的影响。在FeCSiB系熔覆粉末中复合添加Ti、W、Nb、Cr等碳化物形成元素，通过激光熔覆制备原位合成颗粒增强复合涂层。研究表明，单独及复合添加铌、铬均能获得显微硬度均匀分布且成形良好的熔覆层。通过改变铌和铬的含量和配比可以有效改变颗粒相的分布情况。单独添加铌时，熔覆层显微硬度随着铌含量的增加先减小后增大；单独添加铬时，随着铬含量的增大，熔覆层显微硬度呈下降趋势。抗冲击磨损性能与材料的韧性有关，微米级碳化物颗粒对涂层抗冲击磨损性能的提高并没有促进作用。

采用优化的激光熔覆工艺在45#钢表面制备了质量良好的颗粒增强多道镍基复合Ni60CuMoW涂层。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)等表征手段研究了涂层的显微组织、颗粒相分布和结构特征。根据显微硬度和盘销式干摩擦磨损实验数据，比较了回火处理前后颗粒增强激光熔覆复合涂层的显微硬度分布和耐磨性能，并就热处理对磨损机制的影响进行了分析。结果表明，激光原位制备的颗粒增强镍基复合熔覆涂层经回火处理后，距结合界面0.3~0.8 mm区域范围内析出的复合碳化物和硼化物硬质颗粒具有完整性、尺寸分布均匀、密度大，与基体相界面呈牢固的冶金结合。回火处理前后涂层熔覆区的显微硬度较基体分别提高了4.9倍和5.8倍；耐磨性较基体分别提高了1.1倍和2.9倍。

采用聚晶金刚石刀具(PCD), 以600~1200 m/min速度对SiCp/2009Al复合材料进行了高速铣削试验, 研究了铣削时PCD刀具的磨损机理。使用扫描电镜(SEM)观察加工材料表面和刀具前/后刀面磨损带, X射线衍射仪分析已加工表面物相, 并使用能谱(EDS)和激光拉曼谱对后刀面磨损带进行元素分析。结果表明, 增强颗粒碳化硅的高频刻划和冲击是导致刀具晶粒脱落、磨粒磨损、崩刃、剥落的主要机制, 切削高体积分数增强铝基复合材料、经热处理的复合材料或使用更高的切削速度时, PCD刀具会产生明显微裂纹。另外, 增强颗粒体积分数是影响PCD刀具磨损的最显著因素, 增强颗粒尺寸、工件材料热处理状态、刀具材料晶粒尺寸和冷却条件对刀具磨损均有显著影响。PCD刀具刀的寿命在70~240 min之间。结论认为, 增强颗粒机械冲击、切削振动和热冲击的综合作用是刀具产生微裂纹的主要原因。在高速铣削时的高温、高压下, 工件材料中的铝元素和铜元素会向刀具有一定程度的扩散, PCD刀具在铜元素的催化作用下会发生轻微的石墨化磨损。