针对0Cr16Ni6合金开展激光快速修复试验，利用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)，观察分析所得接头的接头显微组织构成，利用显微硬度计检测接头硬度。研究表明：激光快速修复0Cr16Ni6合金接头分为基体、热影响区以及熔覆区；随着激光热输入的增加，热影响区组织形貌变化不大，与基体相似，由块状铁素体、奥氏体及其上析出的碳化物和少量板条状马氏体组成，且与熔覆区存在明显的分界线；熔覆区顶部区域组织分布均匀，主要为树枝晶，熔覆区中部呈现树枝晶向柱状枝晶过渡的趋势，熔覆区下部为柱状枝晶，枝晶尺寸随着激光热输入的增加而增大；熔覆区主要由基体γ相、强化相γ′和γ′′相及沿枝晶边界析出的白色不规则相δ和MC相等组成；随激光热输入的逐渐增加，热影响区宽度D和深度H的变动不大，仅存在±0.05 mm以内的微小波动；熔宽d和熔高h逐渐增加；熔覆区平均硬度值随单位时间内热输入量的增加，呈现先增加后减小的趋势，且各区域显微硬度值排序为熔覆区＞基体＞热影响区。

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。

为改善熔覆层显微组织结构，强化42CrMo表面性能，基于42CrMo基材多道熔覆H13-TiC复合粉末，采用数值模拟与熔覆试验相结合的方式，探究不同熔覆功率下的温度对熔覆层显微组织和显微硬度的影响机理。基于材料性能的温变性构建激光熔覆模型，分析功率对熔覆层表面温度场以及残余应力场的影响机制。针对实验获得的H13-TiC复合熔覆层，采用扫描电镜分析其显微结构以及元素分布，研究TiC颗粒的形态分布与显微硬度之间的关系。结果表明：激光功率在2000 W增大至2850 W的过程中，第三条轨道熔覆状态下的温度峰值提升34.4%，2850 W时高达3471.53 ℃；轨道表面的残余应力呈现中间大两头小的分布规律。熔覆层内部TiC细小颗粒的数量随温度升高而逐渐增加，功率为2850 W时，TiC细小颗粒弥散较为均匀，TiC聚集区以外区域的显微硬度提升33%~50%。通过分析功率增大过程中轨道间温度场和残余应力场的变化规律，改善和提升了熔覆层显微组织结构和显微硬度，为激光熔覆技术在截齿材质42CrMo的应用方面提供了理论依据。

为了探究TiC含量对铁基涂层熔覆形貌与成形质量的影响，提升65Mn钢表面力学性能。采用激光熔覆技术在65Mn钢表面制备铁基TiC复合涂层，对比分析了不同TiC添加量对铁基熔覆层的成形质量（气孔率）、宽高比、显微硬度的影响。结果表明，随着TiC添加量的增高，宽高比呈现先增大后减小的趋势，当TiC的质量分数为30%时，宽高比达到最高5.31，此时的气孔率有所下降。适量地添加TiC能够有效提升复合涂层的硬度，但过高的TiC含量会造成熔池中气体过多，气孔率增大，无法获得良好的涂层性能。该研究结果对农机刀具领域具有一定的指导作用。

煤矸石是煤炭工业产生的固体废弃物, 持续产生及长期堆存会对环境产生一定影响, 亟需开展资源化利用研究。以贵州黔西市煤矸石为研究对象, 以粗粒级煤矸石为骨料, 热活化后细粒级煤矸石为矿物掺合料, 采用微机控制抗压抗折试验机、显微硬度仪、扫描电子显微镜研究热活化煤矸石粉对基体-骨料界面过渡区性能的影响。结果表明: 随着热活化煤矸石粉掺量的增加, 胶砂试块的抗折强度和抗压强度均先升高后降低, 质量分数为2.5%的热活化煤矸石粉对胶砂试块力学性能具有提升作用, 能够减小界面过渡区宽度, 提高界面过渡区显微硬度, 同时密实界面结构; 随着热活化煤矸石粉掺量进一步增加, 界面过渡区宽度反而增大, 微孔数量和尺寸也增加, 部分胶凝物质呈团状附着在煤矸石骨料表面, 进而对胶砂力学性能产生不利影响。

采用激光同轴送粉技术制备Stellite6钴基熔覆层, 通过正交试验、单层单道、单层多道和多层多道工艺试验优化激光熔覆工艺参数。利用扫描电子显微镜、光学显微镜、X射线衍射仪表征了熔覆层显微组织结构, 同时分析了微观硬度和耐摩擦磨损性能。结果表明, 以熔覆层稀释率、成形系数和显微硬度为优化目标参数, 可有效筛选激光熔覆Stellite6涂层制备工艺。所制备Stellite6涂层组织均匀, 熔合线附近为平面晶, 涂层中部区域为树枝晶, 顶部区域为等轴晶。熔覆层物相由fcc-Co、(Co,W)3C与Cr23C6等组成, 平均硬度为457 HV。熔覆层耐摩擦磨损性能优于316L不锈钢基体, 其主要磨损机制为磨粒磨损。

为提高U71Mn钢的耐磨性, 延长钢轨的使用寿命, 选择Stellite6粉、TiC粉和Y2O3粉为熔覆粉末, 采用激光熔覆同轴送粉技术在U71Mn钢基体表面制备钴基合金熔覆层。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度仪器、超景深显微镜、磨损试验机, 分析熔覆层宏观形貌、显微组织、物相组成、显微硬度、磨损形貌和摩擦磨损性能。研究表明, 在质量分数为10%TiC-钴基粉末中添加粉末总质量2%的Y2O3粉末, 可获得较好的单道熔覆层; 在激光功率为1 200 W, 扫描速度为5 mm/s, 送粉速度为1.0 r/min, 搭接率为40%时, 可获得表面最为平整的熔覆层。熔覆层显微组织由等轴晶和柱状晶组成, 熔覆层与基体冶金结合良好, 熔覆层主要由TiC、Cr7C3、Cr23C6、γ-Co和Co3Ti组成。熔覆层硬度最高可达572 HV, 平均硬度约为基体的1.8倍; 熔覆层磨损量为基材磨损量的3.83%, 钴基熔覆层的耐磨损性能显著提升。

对TC4钛合金激光增材修复试样进行不同方向的组织、显微硬度及室温拉伸性能分析。结果表明：激光增材修复区为典型的网篮组织，增材高度方向增材区为细密的网篮组织，倾斜方向增材区的网篮组织内包含部分等轴α相，扫描方向试样由于热量累积少，散热快，且靠近结合区，由大量细长α板条以及部分针状α′组成。增材区显微硬度以扫描方向试样为最大，约为345 HV，比增材高度方向和倾斜方向试样高出4.1%；扫描方向试样结合区的显微硬度最高，达到362 HV。不同方向试样室温拉伸性能存在各向异性，扫描方向试样抗拉强度高，塑性略低，增材高度方向和倾斜方向试样抗拉强度低，塑性略高。断口均表现出韧性断裂。

高速激光熔覆过程中的温度变化和扫描路径位置变换均对涂层组织与性能有较大影响。利用高速激光熔覆技术在27SiMn钢表面以回字形扫描路径制备了铁基TY-1涂层，对比分析了同一参数下回字形路径上的温度变化对涂层组织和性能的影响。利用ANSYS Workbench有限元分析软件模拟了高速激光熔覆过程，获得了回字形路径上不同位置处涂层的温度场分布规律，并通过微观组织和性能分析实验进一步分析了温度变化对涂层组织和性能的影响。结果表明：回字形扫描路径下由中心点向外的熔池最高温度分别为1890、1955、1998 ℃；不同位置处的涂层间温度相互影响，相较于回字形内部（距中心点1~19 mm）和中部（距中心点19~34 mm）处的涂层，外部（距中心点34~46 mm）涂层熔覆完成后在空气中冷却，没有后续熔覆道次对其施加温度上的影响，冷却速率相对较快，因而晶粒组织分布均匀，硬度和耐蚀性均较高。

在不同的降温速率下对3种不同厚度的超薄玻璃进行快速退火处理, 探索退火速率对超薄玻璃显微硬度的影响。实验结果表明, 使用快速、合理的退火速率可以大幅提高超薄玻璃的显微硬度。