采用硼掺杂的硅纳米颗粒和有机载体混合配制的硅浆料作为原料，以标准太阳能电池工艺中的预处理硅片作为基片，在硅片背面丝网印刷硅浆料，烘干后形成硅纳米薄膜，经皮秒激光熔覆形成掺杂的硅熔覆层，同时硼元素扩散进入硅基片。采用激光形貌仪、扫描电子显微镜、二次离子质谱等手段分析了熔覆层的组织结构和硼元素的掺杂情况。结果表明，皮秒激光形成的硅熔覆层组织均匀致密，与基体之间结合紧密，无裂纹、孔洞等缺陷。硅熔覆层中的硼掺杂浓度最高达到3×1019 atom/cm3，在硅基体内扩散深度为0.5～1 μm。在中电电气(南京)光伏有限公司太阳能电池生产线上进行了电池制备实验，平均光电转换效率达到20.3%。

将反馈型(BP)神经网络和遗传算法(GA)相结合用于激光多层熔覆厚纳米Al2O3-13%TiO2(质量分数)陶瓷涂层的工艺参数优化，根据3因素3水平正交试验结果对神经网络模型结构进行训练，建立了熔覆工艺参数(熔池闭环控制温度、超声振动频率及保温箱预热温度)与涂层性能(结合强度和显微硬度)之间的遗传神经网络预测模型。在此基础上，采用遗传算法对纳米陶瓷涂层结合强度和显微硬度进行了单目标和多目标参数优化。结果表明，遗传神经网络模型预测值与试验值误差较小，相对误差不超过2.5%。遗传算法优化的涂层最大结合强度和显微硬度分别为70.7 MPa和2025.5 HV；在结合强度和显微硬度两者权重相同的情况下，当熔池闭环控制温度为2472.0 ℃、超声振动频率为31.9 kHz和保温箱预热温度为400 ℃时涂层综合性能最优，对应的结合强度和显微硬度分别为69.1 MPa和1835.5 HV。

在简要阐释激光熔覆技术工作原理和技术特点的基础上, 介绍了激光熔覆材料体系、工艺种类、工艺参数和涂覆层微观组织结构, 另外讨论了激光熔覆技术所面临的主要问题, 并提出了激光熔覆技术的发展趋势。重点介绍了所做的一些相关工作: 激光熔覆MCrAlY涂层、激光熔覆纳米涂层、激光熔覆过程中热力耦合有限元数值模拟、激光熔覆过程裂纹形成机理及控制、激光熔覆纳米陶瓷颗粒增强金属基梯度涂层以及激光多层熔覆大厚度纳米热障陶瓷涂层成型控制等。

采用激光重熔工艺对等离子喷涂预置Ni基WC复合涂层进行处理, 研究了激光工艺参数对涂层微观组织和性能的影响。用扫描电镜(SEM)、显微硬度计和球-盘式摩擦磨损机分析了涂层微观结构、显微硬度和高温摩擦磨损特性。结果表明, 激光重熔消除了等离子喷涂层的片层状结构、孔隙等缺陷, 涂层致密性提高; 随着激光功率的增加, WC颗粒烧损和溶解增多, 同时涂层稀释率变大; 激光重熔处理后涂层的显微硬度和磨损性能显著高于原等离子喷涂层, 但激光功率对其有较大的影响, 工艺参数的合理选择有利于WC颗粒适当熔化, 从而在涂层中保留较高比例的硬质相, 同时使WC颗粒与Ni基体的结合较强, 达到较高的显微硬度和耐磨性能。

利用高频感应辅助激光熔覆技术在镍基高温合金基体上制备了NiCoCrAl-Y2O3黏结层及Al2O3-13% TiO2(质量分数)陶瓷层。通过扫描电镜、能谱仪、X 射线衍射仪分析了涂层的微观结构。实验结果表明，在高频感应辅助激光的作用下，基体与黏结层、黏结层与陶瓷层之间的界面均展现了良好的结合特性，具有明显的界面扩散现象。陶瓷层在激光的作用下形成了三维网状结构，该结构使得陶瓷材料中的TiO2 材料与Al2O3材料均匀分布，减少了因不同材料聚集所产生的内应力。同时对涂层进行了热震实验，结果证明了利用高频感应辅助激光熔覆技术制备的Al2O3-13% TiO2陶瓷层具有良好的抗热震性能，适合工作于高温环境。

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。

以常规和纳米团聚体Al2O3-13%TiO2(质量分数)陶瓷粉末为原料，采用等离子喷涂和等离子喷涂-激光重熔复合工艺在TiAl合金表面制备了常规和纳米结构陶瓷涂层，分析了粉末结构及制备工艺对涂层抗冲蚀性能的影响，并探讨了各种涂层的冲蚀破坏机理。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冲蚀性能。在同等条件下，纳米结构涂层的抗冲蚀性能优于常规涂层。常规陶瓷涂层表现为典型的脆性冲蚀特性，纳米结构陶瓷涂层呈明显的脆性冲蚀特性，同时有一定程度的塑性冲蚀特征。等离子喷涂层的冲蚀磨损以片层状脱落为主，同时有一定程度的脆性陶瓷颗粒破碎；而激光重熔试样以近表面的裂纹萌生和扩展，最终导致重熔层晶粒破碎、剥离为主。

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。