采用压片预置式激光多层熔覆制备了厚纳米Al2O3-13%TiO2(质量分数)涂层，研究了涂层的微观组织和结合性能，并分析了涂层厚度对结合强度的影响。结果表明，陶瓷涂层各层之间无明显界面，过渡缓和自然，涂层内部致密、连续，基本无孔隙及贯穿性大裂纹等缺陷；涂层由等轴晶的完全熔化区和残留纳米颗粒的部分熔化区组成，并且涂层中的裂纹基本集中于部分熔化区，另外晶粒尺寸表现为上小下大的梯度过渡特征。随着涂层厚度的增加，结合强度逐渐下降，其减小的趋势为先快后慢。厚度为175 μm的试样结合强度高于78.6 MPa，而厚度为350、525、700 μm的涂层结合强度分别为66.3、47.4、36.2 MPa。

为了研究激光高能量密度下纳米颗粒的生长情况，从而为优化工艺参数提供参考，在Brook晶粒生长经典理论基础上，结合有限元软件Ansys数值模拟的激光熔覆温度场，计算了激光熔覆等离子体喷涂预置纳米Al2O3+13%TiO2(质量分数)陶瓷涂层过程中纳米颗粒尺寸变化，并讨论了纳米颗粒初始尺寸及不同熔覆区域对其生长的影响。同时，对等离子体喷涂纳米涂层进行了激光熔覆试验。结果表明，纳米颗粒在激光熔覆试验中生长情况的总体趋势与理论计算结果基本一致，说明基于Brook理论的晶粒生长理论对了解纳米颗粒在激光熔覆过程中的生长有一定的理论指导意义。

为了降低激光熔覆过程中熔覆层热应力从而减少裂纹的生成，提出了一种通过改变激光功率密度分布来控制熔覆层裂纹的方法，并用数值模拟的方法对均布及凸字形光斑熔覆过程进行了热力耦合有限元分析。结果表明，用均布光斑熔覆呈现出激光加工典型的快速加热、快速冷却特征，而采用凸字形光斑可在一定程度上起到预热、缓冷的效果，从而降低了熔覆区与非熔覆区的温度梯度，另外，在熔覆效果相当的前提下，其熔覆层热应力也较小，因而可以有效地减小熔覆层的开裂趋势。

为了提高等离子喷涂Al2O3-13%TiO2(质量分数)陶瓷涂层的抗热震性能，采用激光重熔工艺对涂层进行处理，研究了激光重熔对等离子喷涂层热震性能的影响，并探讨了涂层的热震失效机理。结果表明：相对于等离子喷涂试样，激光重熔涂层有较好的抗热震性能。等离子喷涂陶瓷涂层的热震失效形式基本为边角剥落，而激光重熔陶瓷涂层热震失效形式既有边角剥落又有相当数量的中间区域局部剥落。激光重熔对涂层热震性能的影响主要表现为降低涂层的初始抗破坏能力、减缓涂层的裂纹扩展速率以及改变涂层的破坏模式。