为了解决热作模具表面磨损并导致失效的问题,基于ANSYS APDL软件,采用数值模拟的方式在热作模具上施加高斯热源,并利用生死单元法将H13合金粉末进行熔覆。通过温度场和应力场对工艺参数进行优化选择,对优化后的工艺参数进行实验验证,并对涂层进行了性能检测。结果表明,所选参数范围内的模拟最优参数为激光功率1200 W,扫描速率12 mm/s,模拟结果与实际涂层的形貌和温度分布较为接近; 数值模拟中的热影响区以及结合区与实验制备的结果高度一致; 测量熔覆层的深度为0.13 mm,与模拟得到的深度为0 mm~0.2 mm相应证,进一步说明了模拟结果的可靠性; 熔覆层的硬度以及耐磨性得到极大的提升,分别是基体的3倍和28倍以上。此研究结果为强化和修复热作模具提供了参考。

为了提高石油钻杆材料42CrMo的硬度及耐磨性能, 通过激光熔覆技术制备不同质量分数(0, 0.10, 0.15, 0.20)Fe06+TiC/Mo复合涂层。采用显微硬度仪器、扫描电镜、摩擦磨损试验机进行了显微硬度、耐磨性能、物相组成、磨损行为分析和实验验证, 得到的熔覆层主要由α-Fe、Cr-Fe以及(Fe、Ni)固溶体等相组成。结果表明, Fe06+TiC复合涂层硬度平均约1180 HV0.2, Fe06+Mo复合涂层硬度平均约893 HV0.2; Fe06+TiC复合涂层的磨损量平均约2.97 mg, Fe06熔覆层磨损量为7.8 mg, Fe06+Mo复合涂层的磨损量平均约2.67 mg; Fe06+TiC/Mo复合涂层磨损机理以粘着磨损、磨粒磨损为主, Fe06+0.2TiC熔覆层硬度最高, Fe06+0.2Mo熔覆层耐磨性能最好。该研究为提高42CrMo材料硬度及耐磨性能提供了实践参考。

为了解决石油钻杆表面受交变载荷冲击导致的失效问题, 同时获取更高质量的耐磨涂层, 采用高速激光熔覆设备, 以JG-3铁基合金作为熔覆粉末, 在20CrMo钢表面制备合金涂层。以激光功率、扫描速度以及送粉速度为优化变量, 涂层硬度以及耐磨性为表征变量, 通过正交试验极差与方差分析获得最优参数组。结果表明, 极差分析中, 工艺参数对涂层显微硬度和磨损失重量的影响程度排序均为扫描速度＞送粉速度＞激光功率; 方差分析中, 显微硬度和磨损失重量的F值大小均为FB>FC>FA, 表明各因素对高速激光熔覆涂层性能的影响程度排序为扫描速度＞送粉速度＞激光功率, 这与极差分析结果一致。正交试验获得最优参数组合为: 激光功率900 W、扫描速度65 mm/s、送粉速度4 r/min。

为更好地研究脉冲激光清洗技术在还原炉专用钢316L金属表面中的应用,提升金属表面去污效果及耐腐蚀性能,基于多晶硅还原炉的主要工作环境影响因素,对其母材316L不锈钢进行工艺试验研究,并利用SEM、XRD、EDS等检测技术对试验清洗结果进行了检测。通过两级（微观和宏观）联合评估选出最优参数及表面,并对其进行电化学强酸介质腐蚀试验检测。结果发现通过激光清洗后的316L不锈钢表面洁净度高且耐腐蚀性能得到提升,为还原炉内壁表面的清洗及应用提供一定的参考意义。

为了研究工艺参量对激光熔覆Ni60涂层裂纹及厚度影响, 采用在45#钢基材表面熔覆Ni60合金粉末的正交试验方法, 分析了影响裂纹产生的工艺参量的主次因素以及影响涂层厚度的主要因素, 并对试验结果进行极差分析, 获取了裂纹最少的最优工艺参量。结果表明, 影响裂纹产生的主次因素为扫描速率＞送粉速率＞激光功率, 裂纹最少的工艺参量为激光功率1400W, 扫描速率4.0mm/s, 送粉速率为1.0r/min, 此时, 在熔覆起始位置出现了一条短裂纹; 对涂层厚度的影响程度主次因素为送粉速率＞扫描速率＞激光功率; 经测量, 熔覆层的硬度是基材的3.3倍, 通过扫描电镜分析, 涂层与基材形成良好的冶金结合, 熔覆层晶粒组织均匀致密。该研究为Ni60合金粉末激光熔覆工程化应用提供了参考。

高速激光熔覆能大大提高熔覆效率，但高速激光熔覆层表面容易出现表面粗糙缺陷。采用高速激光熔覆和激光重熔混合工艺，可达到改善熔覆层表面质量、有效提升涂层性能的目的。在液压立柱材料27SiMn表面激光熔覆制备了Fe90不锈钢涂层，利用超景深显微镜、X射线多晶衍射仪分别对熔覆层的表面形貌、微观组织结构、元素分布和物相构成进行了分析，通过硬度试验、耐磨损试验和电化学腐蚀试验对涂层的性能进行了验证。试验结果表明：涂层激光重熔后相比于重熔前表面粗糙度降低了8.5%，涂层内部的微观组织更加细密均匀，没有相的消失和新相的出现，只是相的含量增加。在性能方面，重熔之后的硬度提高为基体的2.6倍，磨损失重降低95%。采用激光重熔技术不仅改善了熔覆层表面质量，而且有效提升了涂层性能。

为了研究高温合金激光熔覆涂层组织演变及力学性能, 采用激光熔覆技术在2Cr25Ni20耐热奥氏体不锈钢表面制备镍基NiCrFeMo高温合金涂层。使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能量色散光谱仪、显微硬度计等微观分析测试手段对该镍基高温合金涂层的微观组织形貌、物相种类、界面元素分布与偏析、各区域的硬度进行分析。结果表明,基材与熔覆层结合位置至熔覆层顶部, 依次由多种晶粒形态生成；Nb与Mo元素在熔池金属液体对流作用下向基材发生扩散, 其它元素基本无扩散；熔覆层存在物相有γ-Ni和Cr2Fe14C, 熔覆层结合位置包含物相Fe2Ni3,γ-（Fe,Ni）和Ni0.9Nb0.1；基材显微硬度平均值为252HV0.3左右, 熔覆层显微硬度平均值为285HV0.3左右；经常温拉伸试验, 与2Cr25Ni20钢力学性能比较, 2Cr25Ni20钢修复件抗拉强度升高, 强度增大, 断后伸长率明显下降, 塑性降低。此研究为后续钢炉转轴修复提供了可行性方案。

提出了基于控斑技术的机器人曲面激光熔覆轨迹规划方法,以光斑投影面积变化的阈值控制激光输入曲面上的能量密度。通过改变曲面轨迹插补点上激光束投影光斑的几何形态,分析了离焦量与姿态对熔覆质量的影响。实验获得了不同离焦量和姿态下的激光扫描路径,结果表明,在其他工艺参数不变的情况下,离焦量为5 mm时熔覆效果较好;当空间夹角为23.4°时,熔覆层出现裂纹;当空间夹角大于30°时,熔合线附近出现明显的夹杂、空洞;熔覆层的厚度随空间夹角的增大而减小,且总体硬度高于基材。通过光斑面积的变化,校验出轨迹插补点,进而控制姿态变化,实现在激光表面高质量的熔覆。

在施以超声振动的条件下进行熔覆实验的变搭接率实验,以弥补现有超声振动下激光熔覆实验搭接率选取较为单一的缺陷,并针对低搭接率的熔覆层进行进一步的性能探究。初始搭接率分别设定为33%,50%,66%,观察并比较33%低搭接率熔覆层与其他搭接率熔覆层的宏观样貌,随后在33%低搭接率下进一步进行不施加超声振动的对比实验。将对比实验样件用电火花切割后进行处理,观察2个切割试件的显微金相组织,并测评试件的硬度和耐磨性。结果表明,33%低搭接率下施加超声振动样件的熔覆道宏观样貌会出现波浪状条纹,而50%和66%搭接率下施加超声振动熔覆层宏观形貌平整无波纹。在33%低搭接率下对比添加超声振动与不添加超声振动试件的熔覆层质量,发现不施加超声振动的熔覆效果相对较好。该研究结果对超声振动下熔覆实验的搭接率选取具有一定参考意义。

为了减少激光熔覆技术中因温度梯度大而产生的熔覆层裂纹,在激光熔覆过程中采用预热基体的方法来减小温度梯度。采用ANSYS软件建立45#钢基材上激光熔覆镍基金属粉末的多道搭接温度场有限元模型,通过热电偶测温验证模型的可靠性,利用建立的有限元模型分析熔覆层在熔覆过程中熔覆层边缘的温度梯度变化规律以及基材预热温度对熔覆层温度梯度的影响。结果表明,最大温度梯度位于熔覆层与基体结合界面的边缘,使得此处成为金属熔池凝固的极端条件,导致此处极易产生裂纹；在基材预热为200℃时,可以显著降低熔覆层凝固过程中的温度梯度,温度梯度的降低越明显,越能有效地抑制裂纹产生。通过模拟与实验的结合为实际激光熔覆制造提供了切实可行的参考依据。