针对铝合金硬度低、耐磨性差的问题，采用激光合金化工艺在其表面制备了原位自生TiB₂-TiC颗粒增强铝基复合涂层，在B₄C-Ti的4%、12%、36%三种质量分数下，研究了合金化层的物相组成、微观组织和耐磨性能。利用边-边匹配模型（E2EM模型）计算了原位自生颗粒的界面匹配情况，分析了原位自生相作为异质形核核心的可能性。结果表明，合金化层主要由条状或针状Fe-Al金属间化合物和大量弥散分布、尺寸细小的TiB₂、TiC、Cr₂B等原位增强颗粒组成。原位自生TiC、TiB₂相与α-Al基底、TiC/TiB₂两相之间的面间距失配和原子间距失配均小于10%，表明增强颗粒与基底之间界面结合良好，且TiB₂可作为TiC异质形核核心。合金化层的平均显微硬度高达1156.11 HV，约为基体的15.2倍，磨损体积比基体降低了89.6%，耐磨性能显著提高。

利用原位合成的思路制备Ti-Ti3Al金属复合材料是提高钛基复合材料性能的好方法。通过选区激光熔化（SLM)技术和原位合成技术对不同混合比例的Ti-AlSi10Mg复合粉末进行成形试验,研究Al含量对SLM制备原位自生Ti-Ti3Al金属复合材料显微组织和力学性能的影响,并分析其物相、显微组织、显微硬度、耐磨性和拉伸压缩性能。试验结果表明：Al元素在成形过程中进入了Ti晶体中,形成了Ti-Al置换固溶体,对样件进行固溶强化,且会析出Ti3Al增强相颗粒。随着Al含量的增加,样件的力学性能逐步提升。显微硬度显著提高,当Al质量分数为10%时,硬度提升到538.56 HV,达到纯钛（220.59 HV）的2倍以上。耐磨性提高,样件的平均摩擦因数逐渐下降。抗压强度最高达到1 653.9 MPa,较纯钛样件提升164.48%,且优于退火后的纯钛板材（400~450 MPa）和SLM成形的TC4合金（1 128 MPa）。抗拉强度随着Al元素的上升,先上升后下降,但依然高于纯钛样件。通过原位合成思路与SLM技术的结合,对复合材料性能的提升具有重要意义。

利用6 kW横流CO2激光器在H13钢基材表面原位合成了以TiC颗粒为增强相的复合熔覆层。借助X射线衍射(XRD)和能谱仪(EDS)分析了涂层的物相组成，结合光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)观察了涂层的微观组织，运用显微硬度仪和摩擦磨损试验机测试了涂层的硬度和摩擦磨损性能。结果表明，当预置层中Ti与Cr3C2物质的量比为2.441时，熔覆层的主要物相为碳化物TiC、Cr7C3和Fe-Cr固溶体。随着预置层中Ti含量的减少，即当预置层中Ti与Cr3C2物质的量比为21时，熔覆层中Cr7C3相增多，而当预置层中Ti与Cr3C2物质的量比为22.33时，熔覆层中则出现 (Cr,Fe)7C3相。SEM和EDS分析显示，TiC增强相随激光功率密度的增大由球状向薄层状转变。当预置层中Ti与Cr3C2物质的量比为22.33，激光功率密度为24.38 kW·cm-2时，涂层表面宏观质量良好，无气孔裂纹缺陷，涂层截面平均显微硬度达到931.9 HV0.2，约为基材的2.21倍，最低磨损失重仅为基材的27.2 %。

采用高能束横流HL-5000型CO2激光器在铸钢表面熔覆了含有碳氮化钛增强粒子的铁基熔覆层。利用X射线衍射(XRD)和能谱EDAX对熔覆层进行了分析, 并采用光学显微硬度计对熔覆层的硬度进行了测试。利用金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对激光熔覆层的微观组织进行了研究。结果表明: Ti(C0.3N0.7)可以通过原位反应合成, 新的颗粒状强化相Ti(C0.3N0.7)的形貌特征多呈不规则形状, 弥散分布在熔覆层基体中。熔覆层与母材形成良好的冶金结合, 熔覆层内为方向性强的胞状树枝晶, 晶粒细小。熔覆层的显微硬度HV0.3达到730～850。

采用同步送粉方式，在42CrMo轧辊基材上利用钛铁、钒铁和石墨等通过激光熔覆原位自生反应，制备了成型良好、致密无气孔、无裂纹、与基体呈冶金结合的TiVC2增强铁基熔覆层。利用X射线衍射、电子探针、显微硬度计、电化学工作站研究了熔覆层的显微组织及性能。结果表明，熔覆层中碳化物为TiVC2，TiVC2大小约0.5~2.0 μm，呈多角块状均匀分布，碳化物对应两种不同的形核机制：以氧化铝异质形核和碳化物自发形核。随着熔覆合金粉末中TiC-VC数量的增加，熔覆层硬度并不呈简单的线性增加，熔覆层的耐蚀性逐渐变差。

以Ni60+33%Ni/MoS2(质量分数)混合粉末为熔覆材料，在H13钢表面进行了激光熔覆试验，利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等对激光熔覆层的微观组织进行了分析，测试了激光熔覆层的摩擦磨损性能。结果表明，激光熔覆层的组织是在γ-Ni树枝晶和γ-Ni+MoNi4共晶的基体上分布着CrxSy颗粒。激光熔覆过程中原位自生的CrxSy颗粒呈近球状，尺寸在5～20 μm之间，尺寸较大的颗粒多分布于熔覆层的上部，尺寸较小的颗粒多分布于熔覆层的中下部。由于CrxSy的减摩作用，熔覆层的摩擦系数明显低于Ni60熔覆层的摩擦系数，但耐磨性能有所降低。

为了改善钛合金表面生物活性, 采用500W脉冲Nd∶YAG激光作为热源, 平均粒度约为20μm的Ti粉和CaCO3粉为预涂材料, 利用激光熔覆原位自生的方法, 在Ti-6Al-4V表面制备CaTiO3陶瓷涂层。通过热力学分析, 并结合X射线衍射分析方法, 研究了原位自生CaTiO3的反应机理以及主要工艺参量(扫描速率、电流强度)对原位自生CaTiO3陶瓷涂层的影响。热力学计算表明, 在激光熔池内, 可原位生成以CaTiO3为主的陶瓷涂层。结合X射线衍射及激光共聚焦观察结果可知, 在脉冲频率为30Hz、脉宽为1.0ms、离焦量为15mm的条件下, 合适的扫描速率约为3mm/s, 电流强度为240A。最佳条件下制备的涂层主要成分为CaTiO3以及部分钛的氧化物。结果表明, 熔覆层内为枝晶和胞晶组织, 分布比较均匀, 原位生成的陶瓷涂层与基底形成了良好的冶金结合。

采用固体YAG脉冲激光对预置一定配比的Ti/B混合粉末涂层进行激光熔覆,在TC4钛合金表面原位合成TiB2陶瓷增强相。利用X射线衍射、金相显微观察以及显微硬度测试等手段,分别对熔覆样品的物相、组织形貌和显微硬度分布特征进行了研究。实验结果表明,激光功率为64W(其中电流 140A,脉宽 8～10ms,频率 12～15Hz),扫描速度1.0～1.2mm/s,离焦量 2mm时,可原位生成TiB2陶瓷涂层。金相观察结果表明,熔覆层与基体结合处为波形界面,形成了良好的冶金结合。显微硬度沿截面纵向呈梯度分布,熔覆层的硬度较基底平均提高了3～4倍。

介绍了激光熔覆技术的特点及其在材料表面改性中的应用概况，回顾了利用激光熔覆技术制备梯度功能涂层的国内外研究现状。经分析认为，外加强化相与基材热物性差别大是导致涂层开裂失效的主要因素。利用原位合成和基于快速原型的激光直接制造技术制备梯度功能表层或构件是将来的发展方向。

以Ti, 陶瓷粉末和镍基自熔合金粉末按一定比例配置的混合粉末作为预置合金涂层，采用CO2气体激光进行多层熔覆，在Ti600合金表面制备出摩擦磨损性能沿厚度方向呈梯度变化的钛基功能梯度材料(FGM)。利用扫描电镜(SEM)及X射线能谱仪(EDX)分析了材料的微观组织和成份。结果表明，采用合适的合金粉末成份和激光熔覆工艺参数，可以获得原位自生TiC增强颗粒弥散分布且其含量呈梯度变化的钛基功能梯度材料。熔覆层组织均匀细密，各熔覆层之间无明显界限，且与基体呈良好冶金结合。