本文利用宏观传热传质与微观组织演变耦合模型，对激光焊接IN718合金的宏观传热传质、微观组织演变过程进行了定量模拟。通过流体体积（VOF）方法对宏观传热过程的熔池形貌与温度场分布进行模拟计算，用温度场分布替代相场控制方程中的相关凝固参数，并将其代入到相场模型中进行微观组织演变过程模拟。结果表明：宏观温度场中1~4位置处模拟所得微观组织均呈柱状晶结构；沿着熔池自上而下，凝固速度R由6.7 mm/s到3.1 mm/s逐渐减小，温度梯度G由410 K/mm到673 K/mm逐渐增大，对应的冷却速率G·R由2747 K/s到2086.3 K/s不断下降；1~4位置处的枝晶间距随着冷却速率下降由4.52 μm增大到7.12 μm，与实验结果一致；在柱状晶间隙的液相位置处，Nb元素含量显著升高，且越靠近柱状晶底部Nb元素含量越高，其质量分数最高达到了7.377%；模拟得到的Laves相中Nb元素的分布呈液滴状，与实验所得Laves相的分布近似一致。

采用选区激光熔化(SLM)成形方法, 对SRR99镍基高温合金进行了定向凝固实验, 测试了试样的显微组织、相组成及元素偏析情况。结果表明, 沉积层与铸态基板间能形成良好的冶金结合, 沉积试样组织由γ相和γ′相组成, 沉积层与铸态基板组织在衍射角为50.78°时均有一个最强衍射峰, 基板的生长取向在SLM沉积组织中得到了很好的延续, 且试样的一次枝晶间距仅为1~2 μm, 二次臂退化甚至消失。各合金元素的偏析比均接近1, 元素在枝晶间和枝晶干的分布较均匀。

采用激光熔覆技术在镁合金表面制备Al-Si共晶合金涂层，系统分析了激光功率对涂层凝固组织的影响规律。X射线研究结果表明，涂层主要相组成为Mg2Si、Mg17Al12 和密排六方的Mg2Al3，当激光功率为2.5 kW时由于稀释率较低，涂层中除了密排六方的Mg2Al3，还存在面心立方的Mg2Al3；当激光功率为4.0 kW时由于稀释率增加，出现α-Mg固溶体。结合扫描电镜和电子探针分析结果发现，激光功率为3.0 kW和3.5 kW涂层的凝固组织在Mg17Al12韧窝上分布的为Mg2Si枝晶组织和白色针状的Mg2Al3；当激光功率为2.5 kW时，在Mg17Al12韧窝上出现了花瓣状、面心立方的 Mg2Al3；借助透射电镜分析得到激光功率为4.0 kW时Mg2Si枝晶间的灰区基体上存在α-Mg固溶体。

研究了激光快速成形(LRF)Rene 80高温合金厚壁件的凝固组织和裂纹的形成机理。结果表明，激光快速成形Rene 80高温合金的凝固组织为与沉积高度方向平行的定向凝固枝晶组织，由于凝固偏析，MC型碳化物和γ-γ′共晶组织分布于定向凝固组织的枝晶间区域。激光快速成形Rene 80高温合金厚壁件含有许多长度大于10 mm，扩展方向与沉积高度方向平行的宏观裂纹。分析表明，这些裂纹为液化裂纹，其形成原因为：激光快速成形时，紧邻激光熔池的热影响区(HAZ)内沿晶界分布的低熔点γ-γ′共晶组织发生熔化，形成热影响区内沿晶界扩展的晶界液相，在热影响区冷却过程中，由于热影响区内固相的收缩应力作用，沿晶界扩展的固液界面被撕开，从而导致液化裂纹的产生。

激光熔覆直接处理CaHPO4*2H2O 与 CaCO3 的复合粉末,制备出了羟基磷灰石(HAP)生物陶瓷涂层.结果表明,熔覆层组织为粒状的HAP分布于互相搭接的棒状β-Ca2P2O7之中,熔覆层主要物相为β-Ca2P2O7与Ca5(PO4)3(OH).涂层与基体结合处为平界面外延生长的带状组织,熔覆层中部则为典型的胞状晶,熔覆层表面组织为粒状等轴晶,组织演化决定于激光熔覆时的温度梯度/凝固速度(G/R)的比值.

用激光束在4Cr13钢基体上熔覆ZrO2与Ni合金的混合粉末, 形成了分层结构的复合涂层, 即表面为致密的ZrO2陶瓷层.介于陶瓷层与基体之间的是Ni基合金过渡层。组织分析表明, ZrO2层的上部为等轴晶, 中下部为柱状晶, 主要由t＇-ZrO2相及少量沿t＇晶界分布的m-ZrO2相组成；Ni合金结合带呈现出树枝晶及其晶间共晶的单一凝固组织。该复合涂层的分层机制可解释为互不混溶的ZrO2与Ni合金熔珠在界面张力和浮力作用下发生离析重排, 再各自重新凝固。