镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、机械加工性能好、生物相容性良好等优异性能, 成为潜在新一代可生物降解骨板材料, 但其耐腐蚀性能差, 限制其发展。使用激光冲击强化技术(LSP), 研究其对镁合金表面耐腐蚀性能的影响。采用激光功率密度为1.35 GW/cm2、2.99 GW/cm2和3.92 GW/cm2 进行冲击强化试验, 在3.5%(质量分数)NaCl溶液中, 通过电化学测量技术动电位扫描得到极化曲线, 并通过微观结构探究激光冲击强化对AZ31B镁合金耐腐蚀性能的影响机理。试验结果显示, 随着激光功率密度的提升, 样品的表面硬度也随之提高, 2.99 GW/cm2样品的表面硬度为81.2 HV, 相比原始样品提高了35.8%。XRD图谱显示, 与原始样品相比, 激光冲击处理后的样品衍射峰向高角度方向偏移, 衍射峰强度均降低, 半峰宽增加。2.99 GW/cm2样品的耐腐蚀性能最好, 腐蚀电位为-0.602 41 V, 腐蚀电流密度为1.021 5×10-4 A/cm2, 相比原始样品腐蚀电位提升了50.47%, 腐蚀电流密度降低了42.90%。

研究了激光功率正弦调制对AZ31镁合金焊缝熔深和工艺气孔的影响。保持激光功率恒定在1500 W，将焊接速度从3.0 m/min逐步增加到4.0 m/min，观察了匙孔周期性开闭行为，分析了不同反射次数对高反射材料匙孔能量分布的影响规律。在不同焊接速度下采用激光功率正弦调制，调制幅度为500 W，调制频率从50 Hz逐步增加至200 Hz，统计了焊缝熔深和工艺气孔率的变化趋势。试验结果表明：对于高反射材料，激光功率调制效果与匙孔内光束反射次数有关，反射次数较多的匙孔具有较大深宽比，匙孔底部累积能量高，深度变化滞后于激光功率变化，激光功率调制有助于增加熔深。激光功率正弦调制不利于镁合金匙孔稳定，50 Hz低频调制显著增加工艺气孔，调制频率为150 Hz时激光功率正弦调制对匙孔稳定性的影响较小。

原位实时观测镁合金氧化反应及生长过程, 揭示其氧化过程与控制机理是目前镁表面处理领域的主流和热点。本文将纯镁薄膜样品在加热炉中400 ℃下保温10 h, 采用聚焦电子束技术在透射电子显微镜(TEM)中制备了带边的镁纳米孔, 并借助原位高分辨透射电子显微学技术, 对镁纳米孔边缘表面晶格在微氧条件下缓慢氧化及生长动态进行了原位观测及机制研究。结果表明: 通过原子吸附过程, Mg原子扩散到氧化物亚表层实现氧化, 通过MgO的外延式层层生长实现氧化物生长, 属于典型的各向异性生长, 表现出由{200}晶面包围的带边形貌特点。对晶格缺陷在氧化生长过程中作用的研究发现: 空位、位错带等缺陷促进氧化过程的进行; 孪晶的大角晶界可抑制晶界的旋转或者迁移, 有利于提高镁合金的耐腐蚀性。

为分析体育器械用镁合金材料的激光表面改性处理效果，对镁合金材料预处理，确定激光熔凝处理工艺，计算镁合金材料表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，并建立研究期内检测数据的数据库，使用SPSS17.0软件统计分析数据结果。结果显示，当激光熔凝改性处理采用的激光功率为3 kW时，改性镁合金材料表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性效果提升最为明显。试验表明，激光熔凝处理会加强镁合金材料表面的硬质含量、强化沉淀作用，细化α-Mg晶粒，减小β相之间的间距，形成更致密的Al2O3氧化膜，促使镁合金材料中的杂质元素分布更为均匀，从而提高镁合金材料表面的物理、化学和力学性能，提升镁合金材料的硬度、耐腐蚀性及耐磨性。

针对镁合金激光焊接焊缝成形和接头性能差的问题，提出了可调环形光斑光纤激光焊接新工艺。对5 mm厚的AZ31B镁合金对接接头进行了焊接试验，研究了中心激光束和环形激光束功率组合对焊缝宏观成形、显微组织和力学性能的影响规律。结果表明，当中心激光束功率大于环形激光束功率时，施加环形激光束可以显著增大焊缝上部的熔宽；当中心激光束功率小于环形激光束功率时，焊缝上表面和下表面成形均不稳定。在中心激光束作用区域，焊缝熔合线附近未见明显的热影响区和柱状晶区，且等轴晶晶粒较细。在环形激光束作用区域，焊缝熔合线附近存在热影响区和柱状晶区，且等轴晶晶粒粗大。随着环形激光束功率的增大，焊缝中心区的硬度值减小。当中心激光束的功率为2000 W、环形激光束的功率为1000 W时，接头抗拉强度和延伸率最高，接头断裂于焊缝熔合线附近，呈韧-脆混合断裂模式。

增材制造镁合金个性化复杂结构在航空航天、交通运输和医疗器械等领域有着广泛的应用前景。然而，镁具有活性高、易蒸发、液体流动性好、热膨胀系数高等特性，镁合金增材制造面临着诸多工艺挑战。系统研究了WE43镁合金的激光粉末床熔融(L-PBF)增材制造工艺，通过调控激光能量输入和扫描策略，获得了熔合质量和力学性能良好、成形精度高的WE43镁合金实体和多孔支架。致密度在较大工艺窗口内超过了99.50%，拉伸强度和断裂延伸率分别达到275 MPa和15%，多孔结构的实际孔隙率与设计值相差10%以内，表明所提WE43镁合金激光粉末床熔融工艺具有工业应用潜力。

匹配层材料及结构对于提高阵列式换能器的带宽、灵敏度及轴向分辨率有重要作用。为了探究不同匹配层材料对阵列式换能器性能的影响，该文通过有限元法模拟了包括高分子材料、0-3复合材料及镁合金等多种匹配层材料的阵列式换能器，综合比较了各自的频域特性及时域特性。仿真结果表明，使用AZ31B镁合金作为第一匹配层、Epo-Tek 301环氧树脂作为第二匹配层的阵列式换能器模型具有最佳的综合性能，从而为高性能阵列式压电超声换能器的开发、研究提供了新的匹配层设计参考方案。

超疏水表面能有效提升镁合金耐腐蚀性。为此，通过激光刻蚀法结合化学浸泡处理对镁合金进行超疏水表面的制备。分别利用激光共聚焦显微镜和能谱仪对超疏水镁合金的表面结构和化学成分进行表征分析。研究结果表明：当激光能量密度为20 J?cm-2时，可得到接触角达158.14°的超疏水镁合金表面，并表现出良好的耐久性能。此外，通过动电位极化试验和对碳粉清洁试验，超疏水镁合金表面表现出优异的耐腐蚀性能和防污自清洁性能。这种优异的复合性能将推进其在未来各领域中的发展。

采用不同浓度的NaOH溶液对AZ31镁合金微弧氧化(Micro-arc oxidation, MAO)陶瓷层进行水热处理, 研究了水热溶液浓度对MAO陶瓷层组织结构及耐蚀性能的影响, 探讨了水热成膜及膜层的腐蚀机理。研究结果表明：水热处理过程中MAO陶瓷层表面的MgO部分溶解, 释放出的Mg ²⁺与水热溶液中的OH ^-结合形成Mg(OH)₂纳米片沉淀在陶瓷层表面及孔洞内。随着水热溶液中NaOH浓度的增加, 水热处理过程中形成的Mg(OH)₂将MAO陶瓷层表面的孔洞及裂纹等固有缺陷闭合, 提高了膜层的致密性。电化学实验结果表明, MAO及水热复合处理所制备的Mg(OH)₂/MAO复合膜层比单一MAO陶瓷层具有更好的耐蚀性, 而且随着NaOH浓度的提高, Mg(OH)₂/MAO复合膜层的耐蚀性增强; 浸泡实验结果表明Mg(OH)₂/MAO复合膜层能为镁合金基体提供长久的腐蚀防护保护能力。

针对熔焊条件下液态镁和铝易反应生成脆性Mg-Al化合物进而恶化镁合金/铝合金接头性能的难题,提出了镁合金在上铝合金在下且添加Ni夹层的激光熔焊技术,并采用该技术对AZ31镁合金和6061铝合金进行了焊接;基于热力学性能和力学性质的计算选择夹层元素,并研究了Ni夹层对激光熔焊接头组织和剪切性能的影响。结果表明:在激光功率为1450 W、焊接速度为1200 mm/min、激光头偏转20°、离焦量为0 mm、采用氩气作为保护气体进行侧吹和背面保护的工艺条件下,添加Ni箔夹层的焊缝表面呈规则的鱼鳞状,焊缝表面均匀,焊缝成形良好,接头的剪切强度(线载荷) 最高,为78.92 N/mm;Ni箔夹层可以起到阻隔作用,限制下层铝合金熔体中的Al向上扩散进入上层的镁合金熔池中,减少Al、Mg反应生成脆性Mg-Al化合物的量;此外,接头熔池区域中的Ni、Al反应生成了延性化合物AlNi和Al3Ni,其结构稳定性优于Mg-Al化合物,可以降低接头的脆性。上述的协同作用是添加Ni夹层改善镁合金/铝合金焊接接头剪切性能的重要原因。