研究了不同热处理工艺对定向能量沉积TC17钛合金微观组织与摩擦学性能的影响，分析了热处理过程中的组织演变规律与20 N干滑动磨损下的综合磨损行为。结果表明，在退火与退火后固溶处理阶段，合金主要由初生α相及连续或不连续的晶界α相、β相组成，无相析出区伴随连续晶界α相存在。在退火后固溶处理的基础上进一步进行时效处理，针状次生α相开始析出，且随着时效温度的升高，初生与次生α相开始生长、粗化，无相析出区先消失后出现。硬度与磨损测试结果表明，经580 ℃时效处理后显微硬度最高（486.93 HV），此时有较强的弥散强化效果，摩擦学性能最优，磨损率仅为0.0451 mg/m。热处理后多种磨损机制混合存在，磨损率、磨损形貌取决于微观结构与氧化层的变化。研究结果为优化TC17合金摩擦学性能与热处理工艺提供了参考。

主要研究了激光熔覆Ti60合金的工艺参数对成形质量的影响，以及微观组织特征和拉伸性能。结果表明，激光熔覆Ti60合金试样的底部和顶部区域为β等轴晶粒，中部区域为β柱状晶，且尺寸随着激光功率的增加而增大。显微组织主要由板条α相和板间β相构成，且板条α相中有大量白色析出相产生，随着激光功率的增加，微观组织由网篮组织转变为魏氏组织。块体试样的显微硬度分布较为均匀，其硬度值在420~440 HV范围内波动。激光熔覆Ti60合金的室温抗拉强度为1128 MPa，断后延伸率和断面收缩率分别为8.8%和14.4%。当温度为300 ℃和600 ℃时，抗拉强度分别为932 MPa和739 MPa，在600 ℃时，断后延伸率和断面收缩率分别为11.7%和18.2%。激光熔覆Ti60合金试样在室温下的断裂方式为准解理断裂，高温下其断裂方式为韧性断裂。

以Ti6Al4V沉积层为基体，研究基体表面预处理对超音速激光沉积涂层/基体界面结合的影响。试验前，基体表面经过三种不同方式的预处理，分别为抛光、打磨和喷砂。利用X射线衍射仪和表面轮廓仪对基体表面的物相组成和粗糙度进行了分析，利用光学显微镜对涂层/基体界面结合进行了分析，利用单颗粒撞击有限元模型对颗粒与不同表面粗糙度基体的结合情况进行了分析。研究结果表明，打磨处理的基体由于表面生成氧化钛陶瓷相，涂层发生脱落。抛光处理的基体较喷砂处理的基体有更低的表面粗糙度，其涂层/基体界面结合更紧密。数值模拟表明，基体表面的起伏特征在颗粒/基体界面处促成温度和应变的不均匀分布，阻碍颗粒与基体间的紧密结合。

采用3D打印成形方法制得内燃机用沉积态Ti600钛合金，利用相关仪器表征各取向(与激光扫描方向成45°、扫描方向和沉积方向)上的钛合金微观组织，并通过MTS万能拉伸机测试了其在各取向上的室温静态压缩特性。研究结果标明：在沉积方向上形成了很高的温度梯度，导致β相出现外延生长，生成了等轴晶组织，β相柱状晶尺寸接近400 μm；各取向的试样中都形成了密排六方类型的晶体组织；45°角取向试样发生了(101)择优取向。各取向的试样断口处形成了许多韧窝和撕裂棱，表现为韧性断裂现象；按照韧窝尺寸大小排序依次为沉积方向、扫描方向、45°；45°取向试样达到了更高强度，其屈服强度接近890 MPa，同时断裂强度为980 MPa，沉积方向与扫描方向试样的强度基本相同；45°取向试样(101)取向生长减弱了材料变形阶段晶粒协调能力，抑制了变形过程的发生，达到了最高的强度，并且塑性发生降低。

为了深入了解钛合金激光再制造的发展现状, 从再制造材料以及工艺方法两方面综述了钛合金激光再制造的研究进展。阐述了金属基粉末、陶瓷材料、稀土及其氧化物粉末的再制造特点与应用, 论述了主要激光工艺参数对覆层形貌及性能的影响规律, 讨论了数值模拟、辅助工艺以及复合工艺在该类合金部件激光再制造中的应用, 最后对钛合金部件激光再制造的发展趋势进行了展望。

选区激光熔化(SLM)技术在加工中空薄壁结构方面具有巨大优势, 通过刚度理论计算并设计中空等刚度薄壁结构, 依据试验和数值模拟结合的方法验证设计的正确性。结果表明, 在弯曲载荷下, 变形区域主要集中在弯矩最大的中线处附近, 在相同力加载下, 所设计的三种空心矩形截面薄壁结构零件的位移几乎相同, 对于单薄壁结构零件, 由于弹性模量低于实体块零件的弹性模量, 导致其中心所产生的位移小于空心矩形截面薄壁结构零件。对薄壁结构有限元模型的弯曲过程进行仿真, 获得的等效应力应变等模拟结果与试验结果吻合。研究结论可以为SLM加工薄壁结构时进行截面设计提供理论支撑。

激光深熔焊过程中等离子体羽流的热力学行为与焊接过程稳定性及焊接质量息息相关。利用激光焊接等离子体光电信息同步检测系统测量了等离子体羽流热力学基本参数，并分析了其统计分布规律。结果表明：等离子体喷发速度主要分布在6~70 m/s范围内；随着焊接热输入增加，概率最大的等离子体喷发速度减小，而喷发速度分布范围变化不明显；在等离子体喷发过程中，随着等离子体羽流上升，其温度不断下降，等离子体羽流温度的下降程度随着焊接热输入的增加呈现为减小的趋势；在喷发后期，两探针电信号开始回升的前后顺序与喷发后期等离子体喷发的剧烈程度紧密相关。

钛合金表面氧化在提高耐磨、耐蚀、界面相容性等方面具有重要应用。采用高斯分布的面热源，模拟红外激光制备Ti6Al4V钛合金表面氧化层过程中的温度分布及变化。首先，通过对比激光功率为500 W（功率密度为39.8 W/mm²）、扫描速度为15 mm/s时钛合金表面和厚度方向温度分布的模拟与试验结果，验证了有限元模型的有效性。然后，采用该模型研究激光功率、扫描速率、重复扫描间隔等对温度场的影响规律。随着激光功率增加，扫描速率降低，加工过程中的线能量增加，钛合金表面和厚度方向的温度整体增加。当线能量相同情况下，由于能量在钛合金表面的累积，大功率高扫描速度下可以获得更高的表面温度和基本相同的内部温度。随着重复扫描间隔的缩小，表面最高温度逐渐升高。

针对某大型复杂整体钛合金构件的激光增材制造，开展了激光增材连接TA15钛合金结构样件的制备，分析了整个结合区的组织及力学性能。结果表明：激光增材连接TA15钛合金结合区的冶金质量良好，连接区的凝固组织是从母材本体外延生长的粗大β柱状晶，显微组织是与母材本体基本相同的超细α+β网篮组织。从低倍照片中可观察到连接区与母材本体的分界线，但高倍金相照片中表面分界线两侧钛合金的显微组织无明显差异。对结合区不同方向的室温拉伸、室温冲击和室温断裂韧度性能进行了测试，并与母材本体的相应性能进行了对比，发现激光增材连接TA15钛合金结合区的力学性能可达到母材本体性能的100%，结合区横向的室温抗拉强度、伸长率、冲击韧性和断裂韧性分别为1046 MPa、7.2%、33.17 J/cm²和78.2 MPa·m^1/2。该结果表明激光增材连接工艺可用于大型整体钛合金构件的高性能制造。

通过改变飞秒激光的能量密度和扫描次数，分别采用90°和60°两种激光交叉线扫描方式，在钛合金表面制备了一系列方形和菱形微结构，系统地研究了飞秒激光参数对表面形貌和润湿性的影响。利用 X射线光电子能谱测量分析了激光织构前后的表面化学成分变化。结果表明：表面结构的轮廓形貌更加依赖于激光的能量密度，而扫描次数主要影响结构的特征尺寸。不同的飞秒激光参数下获得的织构钛合金表面表现出不同程度的亲水性提升。较高的激光能量密度和扫描次数有利于增大钛合金表面的粗糙度，同时导致大量的金属氧化物富集，从而促进了液滴的浸润。