采用Ansys有限元分析软件，对选择性激光熔化成形高熵合金CoCrFeMnNi的温度场分布进行数值模拟。在考虑随温度变化的热物理参数情况下，建立选择性激光熔化有限元模型，利用在Ansys-Workbench中插入参数化设计语言，实现高斯锥形体热源的加载，研究功率和速度对成形过程温度场的影响。模拟结果表明: 在单层多道模拟时，随着SLM激光功率增大和扫描速度的下降，SLM成形HEA CoCrFeMnNi的熔池长度和宽度呈增大趋势；先扫描的区域会对未扫描的区域起预热作用且存在热积累现象，在平行于SLM激光扫描方向存在较大的温度梯度。

受成形尺寸小、晶化严重等行为的影响,非晶合金的应用受到一定限制。本文以纯锆为基板,采用选择性激光熔化成形技术制备了15 mm×15 mm×15 mm的块体Zr50Ti5Cu27Ni10Al8非晶合金,对其微观组织进行了分析研究,并利用有限元软件ANSYS对该块体非晶合金制备过程中的热效应进行了模拟。研究结果表明:成形试样主要由非晶相组成;由于结构弛豫和晶胚的累积,在热影响区的叠加区发生了晶化,晶化相为Al5Ni3Zr2。本研究为激光增材制备块体非晶合金提供了一种可能有效的方法。

为了研究激光增材制备非晶合金过程中熔池和热影响区的成形机制，利用有限元软件ANSYS，对激光增材制造技术的基础过程-激光快速熔凝Zr65Al7.5Ni10Cu17.5非晶合金的热效应进行了数值模拟分析。结果表明，激光单点熔凝时，熔池的平均冷却速率为6.3×104K/s，热影响区的平均冷却速率为1.4×104K/s，远高于Zr65Al7.5Ni10Cu17.5非晶合金的临界冷却速率1.5K/s，说明激光单点熔凝的热变化满足非晶合金的生长条件;激光单道熔凝过程中，熔池的平均冷却速率仍比较高,为2.11×102K/s，但热影响区的平均冷却速率较低，为74K/s，且热影响区会产生弛豫累积，可能造成一定程度的晶化。此研究为激光增材制备非晶合金材料提供热效应的理论基础。

以变形镁合金AZ31B为试验基材, 在其表面采用高功率CO2气体激光熔覆了Al-Si基纳米Si3N4粉末。采用金相观察、X射线衍射分析、能谱分析、硬度测试和腐蚀性能测试等手段, 研究了激光熔覆层的微观组织结构及表面性能。研究结果表明, 激光熔覆层主要由上部的树枝晶、中部呈线性排列的黑色相和下部的粗大树枝晶组成。当纳米氮化硅含量为1%时, 熔覆层主要由Al、AlN、Al9Si和Mg2Si组成。熔覆层的硬度最高达到235 HV0.05, 是镁合金基体的4～5倍。熔覆层的耐腐蚀性能得到了改善, 其腐蚀电位为－1 204 mV, 比母材提高了382 mV; 腐蚀电流密度为0.070 5 mA·cm-2, 比母材降低了约一个数量级。

以AZ31B镁合金为对象，对其进行CO2气体激光表面熔凝处理，采用金相观察、X射线衍射分析、硬度测试及摩擦磨损试验等手段，研究了激光熔凝层及原始镁合金的微观组织结构及磨损性能。激光功率P＝3 300 W，扫描速度v＝360 m/s时熔凝层是由α-Mg和β-Mg17Al12组成，且熔凝层的相含量比母材多。熔凝层的微观组织以树枝晶为主，枝晶组织发生了明显的细化。由于细晶强化、固溶强化和析出强化的共同作用，熔凝层的显微硬度提高了大约2倍。原始镁合金的磨损以磨粒磨损和氧化磨损为主，而熔凝层以磨粒磨损为主，熔凝层的耐磨损性能也得到了改善。

被誉为“21世纪绿色工程材料”的镁及镁合金已成为继钢铁和铝材料之后的第三大金属工程应用材料, 但较差的硬度、耐磨损性及耐腐蚀性在一定程度上制约了它的广泛应用。采用最大输出功率5 kW的HUST-JKT5170型横流CO2气体激光器对AZ31B镁合金表面进行激光熔凝处理, 同时对熔凝层的正面和背面进行液氮极速冷却, 对该条件下的冷却速度进行计算, 并分别从显微组织、物相、显微硬度和腐蚀性能等方面对比分析了原始镁合金和极速冷却熔凝层。研究结果表明: 激光+液氮的冷却条件下, 熔化层的冷却速度v＝324.9 K/s; 熔化层冷却并凝固后没有裂纹、气孔等缺陷。微观上, 极速冷却的熔凝层的晶粒大小远小于原始镁合金, 且晶界已不明显; 与母材的过渡处微观组织呈现典型的白亮的平面晶形态, 从底部到顶部, 熔凝层的晶粒尺寸逐渐减小; 熔凝层主要由α-Mg相组成, 而β-Mg17Al12相的衍射峰强度相对于原始镁合金极大地弱化。主要受细晶强化作用, 极速冷却的熔凝层的显微硬度提高到140 HV0.05, 是原始镁合金(约50 HV0.05)的2.8倍。在质量分数为3.5%的NaCl(pH＝7)溶液中的电化学腐蚀发现, 该极速冷却条件下获得的熔凝层的腐蚀电流为3.889×10-4 A, 高于原始镁合金的1.470×10-5 A, 且腐蚀电位为-1.483 V, 低于原始镁合金的-1.438 V, 说明该极速冷速条件下熔凝层的耐腐蚀性能略差于原始镁合金。

为提高镁合金表面的耐磨性, 利用5 kW横流连续CO2激光器在AZ31B镁合金表面采用低能量密度激光能量制备了无裂纹、气孔等缺陷的熔凝层。通过光学显微镜、X射线衍射仪观察分析熔覆层的宏观形貌、微观组织和物相, 并利用显微硬度仪、磨损试验机测试熔覆层的显微硬度和耐磨性。研究结果表明: 熔覆层由α-Mg和β-Mg17Al12组成, 晶粒明显细化。采用低能量密度工艺即激光功率P＝2 kW、扫描速度v＝15 mm/s、激光能量密度E＝ 26 J/mm2时, 晶粒细化程度和β-Mg17Al12强化相综合强化效果最好, 即显微硬度最高, 为50 HV0.05～79 HV0.05比基体提高了13.64%～64.58%; 耐磨性改善程度最好, 磨损量是原始镁合金的40%, 耐磨性提高60%。说明采用低能量密度且高功率快速扫描的工艺可以获得显微硬度和耐磨性改善程度最高的激光熔凝层。

纳米材料由于其结构的特殊性, 具有一般材料难以获得的优异性能, 为了将纳米材料的优异性能应用到镁合金表面改性当中, 利用横流 CO2激光器在 AZ31B镁合金基体上制备了 Al-Si合金粉末垣5%纳米 SiC粉末复合涂层, 采用光学显微镜、扫描电子显微镜观察了熔覆层的显微组织并分析了微区成分分布情况, 激光熔覆层与基体结合良好, 熔覆层的显微组织具有明显的结构特征, 出现了大量的十字架结构。X射线衍射结果表明, 激光熔覆层的组成相主要为 Mg2Si、Mg2C3、Mg17Al12、Al3.21Si0.47等。利用显微硬度仪进行了硬度测试, 由于在激光熔覆过程中新形成的化合物起到了强化作用, 熔覆层的最高显微硬度可达 216 HV0.2, 是基体的 3倍多。