为了进一步阐明铝合金表面丙烯酸聚氨酯漆层的激光清洗机制，揭示扫描速度对激光除漆的影响规律，首先采用万能试验机测定了漆层强度极限，结合多种技术手段分析研究了单脉冲热-力耦合COMSOL仿真与清洗实验结果，探究了四种扫描速度（1000、900、800、700 mm/s）下除漆表面宏微观形貌及成分变化。结果显示：单脉冲除漆凹坑内存在明显分层与碎裂，除漆最大深度和宽度分别为34.3 μm和125 μm；漆层强度极限为2.68×10⁷ Pa，与热应力仿真结果接近；随着扫描速度逐步降低，漆层去除深度不断增大，氧化膜逐步显现，面漆着色剂（β型铜酞菁）与漆层功能性氧化粒子的沉积量逐渐增加。研究表明：单脉冲激光除漆过程主要包括烧蚀、热应力和等离子体冲击三种除漆机制；随着扫描速度的逐渐降低，烧蚀除漆效果逐渐增强，等离子体冲击除漆效果逐步减弱，热应力除漆效果保持不变。

采用脉冲激光器，开展了航空铝合金表面漆层去除试验，通过外观检查、光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、原位温度检测、力学性能检测和高周疲劳试验，研究了激光清洗工艺对航空铝合金组织、力学及疲劳性能的影响规律。结果表明：当激光功率和脉冲频率分别为80 W和100 kHz时，可去除铝合金表面环氧底漆涂层，但试样表面仍有漆层残余。当激光功率和脉冲频率分别达到500 W和500 kHz时，表面温度最高不超过115 ℃，未观察到明显的热影响区，材料表面10 μm深度范围内的组织出现部分烧蚀和熔化现象。激光清洗后，材料的硬度增加，并且随着激光功率、频率、能量密度的增加，硬度增幅逐渐减小。拉伸性能结果显示，激光清洗后的试样抗拉强度、屈服强度和延伸率较空白试样均略微下降。高周疲劳试验结果表明，与空白试样相比，激光清洗后的带漆试样的疲劳性能下降11.76%，这主要是激光清洗造成了表面粗糙度增加。经阳极氧化和喷漆处理后，激光清洗去漆不会进一步增加阳极氧化造成的疲劳损伤。

由于冲击载荷引起的动态霍尔-佩奇效应，高锰钢具有优异的形变硬化特性。研究高锰钢的激光重熔非均匀显微组织凝固原理及对超声滚压硬化行为的影响具有重要意义。对Mn13钢板表面先后进行激光重熔处理和超声滚压强化，通过扫描电子显微镜、场发射电子探针显微分析仪和电子背散射衍射仪分析了激光重熔高锰钢的显微组织和凝固过程，通过维氏硬度计和摩擦磨损试验机研究了激光重熔高锰钢的非均匀组织对超声滚压硬化的影响。研究发现：由于激光重熔过程的高温度梯度和高冷却速度，凝固组织从上到下依次为较薄的等轴树枝晶和垂直于结合面生长的柱状树枝晶，枝晶间为小角度晶界，且存在Mn元素的偏析；激光重熔高锰钢的非均匀组织在超声滚压下具有孪生硬化行为，表面硬度和耐磨性均有较大程度的提高。因此，激光重熔技术在高锰钢的表面处理领域具有潜在的应用前景。

为了研究原位重熔对倾斜基体激光熔覆层形貌和组织的影响，首先使用有限元仿真软件对倾斜基体激光熔覆及其原位重熔过程进行数值模拟，分析基体倾斜角度对熔覆层形貌的影响，研究重熔作用下熔池速度场和温度场的分布情况以及多道熔覆层宏观形貌的变化；然后进行倾斜基体熔覆层原位重熔试验，采用光学显微镜对重熔前后熔覆层的表面形貌进行分析，采用维氏硬度计、摩擦磨损试验机及三维轮廓仪等对重熔前后熔覆层的力学性能进行研究，进而研究原位重熔作用下熔覆层微观组织的变化。结果表明：熔覆层形貌主要受重力影响，当基体倾斜角度大于90°时，熔覆层溶质会发生滴落，极大地损伤熔覆层形貌；在熔覆道搭接区进行原位重熔对熔覆层平整度的提升作用最大，重熔后的表面不平整度由0.165降低到0.056；与重熔前相比，重熔后的表面粗糙度下降了69.5%，表面硬度提升了约70 HV，磨损率降低了76.3%；重熔后，熔覆层中上部的大量树枝晶转变为等轴晶，微观组织得到了明显细化。

激光定向能量沉积（LDED）是受损大型关键构件几何特征修复和性能强化的典型修复技术，但其目前仍面临残余应力、孔洞和裂纹等问题。激光冲击强化（LSP）为解决以上问题提供了新思路。笔者以H13钢粉作为待沉积粉末，采用LDED技术对受损的45钢基体进行修复；然后利用LSP后处理强化LDED修复层，以解决传统LDED修复材料的质量问题。结果表明：随着LDED激光功率增大，H13钢修复层的晶粒逐渐细化，渗碳体溶解，耐磨性提升；LSP后处理会使修复层近表层的晶粒明显细化，显著降低LDED修复试样的摩擦因数，进一步提升其耐磨性。最后，笔者系统揭示了LDED+LSP激光复合再制造工艺诱导的微观组织演化（晶粒细化和渗碳体溶解）及其增强修复层耐磨性的机制。

金刚石作为一种具有独特优异性能的半导体材料，在光学和电子学领域具有重要的应用价值。目前生长金刚石最常用的方法是化学气相沉积（CVD）法，采用该方法制备的金刚石薄膜通常为多晶结构，表面粗糙度高、颗粒大的缺点制约了金刚石薄膜的应用。笔者提出了飞秒-纳秒-离子束刻蚀的复合抛光方法并采用该方法对CVD金刚石薄膜进行抛光。结果表明：经飞秒-纳秒激光刻蚀后，金刚石表面粗糙度降低得十分明显，由未刻蚀时的4 μm降至0.5 μm左右，但表面出现了明显的石墨化现象；进一步采用离子束刻蚀去除表面的石墨层，最低可将表面粗糙度降至0.47 μm。所提方法实现了金刚石表面的无改性平滑抛光，为金刚石表面微纳器件的发展奠定了基础。

为研究无吸收层激光喷丸工艺对铝合金耐腐蚀性能的影响，选用3 mm光斑直径与50%搭接率，分别在1.1 GW/cm²与2.6 GW/cm²的激光功率密度下，采用Nd∶YAG脉冲激光对2024-T351铝合金试样表面进行喷丸处理，结合表面形貌、化学成分、微观组织、物相、残余应力等，探索了不同激光功率密度下试样在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的电化学腐蚀行为。结果显示：经过功率密度为1.1 GW/cm²的无吸收层激光喷丸处理后，试样表面形貌与微观组织得到了改善，表面形成了凸起与孔洞交错的多级结构及2~3 μm厚的致密重熔氧化层，深度方向出现晶粒细化现象，在100 μm深度处出现最大残余压应力。此外，相较于未处理试样与2.6 GW/cm²喷丸试样，1.1 GW/cm²喷丸试样的腐蚀电流密度分别降低了97.30%与82.46%，同时腐蚀后试样表面保持着完整的具有多孔特征的微纳结构，展现出最佳的抗腐蚀性能。无吸收层激光喷丸工艺显著提高了2024-T351铝合金表面的耐腐蚀性能。

利用纳秒级光纤激光器直接书写的方式实现了304不锈钢板表面超高效虹彩结构的构建，其速度可达到5 mm²/s以上。通过改变激光能量参数，得到了激光诱导金属表面虹彩结构特定形成的工艺范围。实验分析得出，改变参数，使得每次脉冲形成的熔池边界间距满足布拉格条件，可使这种微观结构出现虹彩现象。同时，利用特定工艺直接构建了一种具有光栅衍射虹彩、薄膜干涉结构色及固有色的复合结构，这种结构可在不同的角度下实现三种颜色交替主导的色彩表现，这也为金属表面的个性化着色提供了新方案。

主要研究了激光熔覆Ti60合金的工艺参数对成形质量的影响，以及微观组织特征和拉伸性能。结果表明，激光熔覆Ti60合金试样的底部和顶部区域为β等轴晶粒，中部区域为β柱状晶，且尺寸随着激光功率的增加而增大。显微组织主要由板条α相和板间β相构成，且板条α相中有大量白色析出相产生，随着激光功率的增加，微观组织由网篮组织转变为魏氏组织。块体试样的显微硬度分布较为均匀，其硬度值在420~440 HV范围内波动。激光熔覆Ti60合金的室温抗拉强度为1128 MPa，断后延伸率和断面收缩率分别为8.8%和14.4%。当温度为300 ℃和600 ℃时，抗拉强度分别为932 MPa和739 MPa，在600 ℃时，断后延伸率和断面收缩率分别为11.7%和18.2%。激光熔覆Ti60合金试样在室温下的断裂方式为准解理断裂，高温下其断裂方式为韧性断裂。

激光清洗碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）表面涂层一直面临着形貌破坏与基体过热的风险。为了明晰工艺参数对激光清洗CFRP飞机蒙皮表面油漆的影响规律，探究CFRP表面油漆的激光清洗机理，进行了红外纳秒激光清洗CFRP表面油漆的实验。首先利用田口正交阵列开展了不同参数下的清洗实验。随后采用信噪比（S/N）与方差分析（ANOVA）探讨了激光功率、扫描速度、搭接率与重复频率等工艺参数对油漆清洗深度、表面粗糙度和清洗温度的影响。最后借助红外热成像与高速摄像技术，对激光清洗过程中的温度响应、羽流形成与消逝及漆层动态行为进行了观测。研究结果表明：搭接率是影响清洗深度、表面粗糙度和清洗温度的最主要参数，扫描速度与激光功率的影响同样显著，而重复频率的影响不显著。CFRP表面油漆的激光去除机制主要以激光热效应造成的热烧蚀、气化为主。