本文基于三周期极小曲面(TPMS)进行不同单元类型梯度孔隙率结构的优化设计，并进行静力学及粉末流体仿真，用于对比两种单元的应力集中程度和粉末流通能力。通过对比不同梯度孔隙率的两种单元发现，由于支柱设计类型不同，primitive单元相较于gyroid单元有着更优异的力学性能；5%梯度孔隙率(45%～50%)设计在两种单元中均有着最优的力学性能；相对于均匀孔隙率的gyroid单元多孔结构，5%梯度孔隙率primitive单元多孔结构的杨氏模量为7.34 GPa，仅提升了约3.93%，但其平均屈服强度可达到444.85 MPa，大幅提升约63.42%，平均抗压强度为606.57 MPa，提升了75.20%。本研究发现，屈服强度与有效支柱尺寸的相关性较强，抗压强度与应力集中程度的相关性较强。选择合适的多孔单元类型在与加载方向成45°夹角的位置进行孔隙率梯度调整，可使整体结构具有合适的孔径和支柱直径、优良的抗压能力、较小的应力集中程度以及较优异的粉末流通能力，最终可显著提升整体结构的力学性能。

针对Ni60A/WC复合涂层硬质相分布不均、减摩性能不足等问题，利用碳纳米管(CNTs)的高熔点和优良的自润滑性能，采用激光熔覆技术在45钢基体表面制备了添加不同含量CNTs的镍基耐磨涂层。通过扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪(XRD)分析了涂层的显微组织、元素组成和相组成。通过显微硬度计和摩擦磨损试验机测试了涂层的硬度和耐磨性能。XRD图谱表明：熔覆层主要由Ni-Cr-Fe固溶体和WC、W₂C、Cr₃C₂、Cr₇C₃、Cr₂₃C₆、B₄C等硬质相组成。显微组织结果表明：CNTs的添加促进了异质形核，有利于硬质相均匀分布，明显细化了熔覆层的显微组织。由于CNTs具有细化晶粒以及提升自润滑性能的作用，适量添加CNTs可提升熔覆层的显微硬度和耐磨性能。当CNTs的质量分数为0.5%时，熔覆层的显微硬度为1100 HV，摩擦系数为0.3，磨损体积为1.24×10^－4 mm³。相比于不添加CNTs的熔覆层，硬度提升了10%，磨损体积减少了35%。研究结果为制备性能优良的镍基复合涂层提供了参考。

针对模具表面易磨损失效的问题，本文采用同步送粉激光熔覆技术在Cr12模具钢表面制备了一系列Fe50-TiC复合熔覆层，并利用扫描电镜（SEM）、显微硬度计、摩擦磨损试验机对熔覆层的微观组织、气孔率、显微硬度及耐磨性能进行分析，探索TiC含量对Fe50-TiC熔覆层的影响规律。研究结果表明：随着TiC含量的增加，复合熔覆层的显微硬度逐渐增大，耐磨性随之增强，但气孔率也呈增大的趋势，未熔TiC颗粒增多，基于颗粒形核生长的组织增多；当TiC的质量分数为35%时，熔覆层的气孔率有所下降，TiC以溶解形核生长的树枝晶为主，熔覆层的平均显微硬度（46.3 HRC）约为基体的2.4倍，磨损体积约为基体的13%。采用Fe50-35%TiC复合粉末制备的Fe50-TiC熔覆层具有较优的综合性能。

为了利用激光熔覆技术实现模切机刀辊刀刃的增材制造, 以激光功率、扫描速度、离焦量为影响因素, 在45钢表面进行WC增强Ni基混合粉末的单道激光熔覆正交试验, 制备单道激光熔覆梯度涂层, 并对熔覆层的显微组织结构、缺陷率、残余应力以及显微硬度进行分析。由分析结果得出, 熔覆层组织呈现出有利于改善熔覆层性能的明显分层; 缺陷率随着扫描速度和离焦量的增大而增大, 随着激光功率的增大先增大后减小, 其中扫描速度对缺陷率有显著的影响; 熔覆过程中熔覆层与基体之间的温度差以及熔覆层与基体之间热膨胀系数差异是产生残余应力的主要原因。各因素对残余应力的影响主次顺序为扫描速度＞激光功率＞离焦量。组织分层的结构有利于缩小熔覆层与基体的线膨胀系数差异; 显微硬度从基体到熔覆层顶部呈阶梯状增长, 熔覆层顶部的显微硬度可达到70 HRC, 是基体的3～4倍, 优于目前实际大规模使用中性能最优的进口粉末冶金硬质合金的模切机刀棍刀刃硬度(63 HRC)。

揭示热传导环境因素对熔覆成形质量的影响规律, 是指导高价值零件的高质量精确修复的前提。采用全因素试验法研究基体预热温度、基体接触导热系数、基体规格3个热传导因素对熔覆层宏观形貌、稀释率以及内部组织缺陷的影响规律。研究表明, 熔覆层稀释率随着基体预热温度增加及导热系数减小而增大, 基体规格影响不显著; 当基体预热300 ℃、导热材料为石棉、基体规格为40 mm×10 mm×5 mm时熔覆层表面光滑平整、内部无明显气泡裂纹, 组织生长均匀。研究结果为实现外部环境对熔覆涂层成形质量的控制及预测提供理论依据。