针对球墨铸铁与合金钢异种材料焊接界面容易形成碳偏聚进而产生裂纹的问题，通过采用连续-脉冲同轴双激光焊接工艺及填充镍基合金焊丝，实现了QT500与20MnCr5的优质焊接。研究了同轴双激光中不同脉冲激光功率（360、400、440、480 W）对焊缝成形质量的影响规律，讨论了激光作用位置向钢侧偏移（偏移量）对焊接接头界面碳元素偏聚现象的影响机制，对焊接接头力学性能、金相组织及硬度分布进行了综合分析。结果表明：同轴双激光焊接工艺可用于球墨铸铁与合金钢的焊接，球墨铸铁侧的热输入对焊缝的成形质量及力学性能的影响较为显著；由于球墨铸铁侧莱氏体及马氏体的析出，断裂主要发生在该侧的熔合区；在保证熔深稳定的前提下，分别研究了不同偏移量（0.1、0.2、0.3 mm）对接头的影响，激光作用位置向钢侧偏移能够有效减小球墨铸铁侧的热输入，避免碳元素过度偏聚，力学性能得到相应的提升，断裂位置向热影响区移动，焊缝接头的强度得到优化。

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。

激光熔覆是一种先进的表面改性技术, 具有对基体材料热影响区作用小、组织细密和基体的变形程度小等特点, 被广泛应用于再制造领域。稀土元素能够改善镍基合金涂层组织, 使熔覆层晶粒细小, 同时净化晶界。总结稀土氧化物在激光熔覆镍基合金涂层研究中的进展, 概述稀土氧化物的种类和性质, 结合稀土氧化物的作用机制研究其对镍基合金涂层的晶粒尺寸、稀释率、裂纹的影响, 分析涂层硬度、耐磨性、耐蚀性、抗氧化性等性能, 同时讨论其对涂层中硬质相的影响。最后对目前阶段稀土氧化物对激光熔覆镍基合金涂层研究中存在的问题和未来的发展方向进行了展望。

Inconel690镍基合金具有良好的综合力学性能，其焊接结构已经被广泛应用于核电产业中，通过改变热输入与填丝可以改善其焊接接头的力学性能。对Inconel690镍基合金与SUS304不锈钢进行激光对接焊试验，分析接头显微组织和力学性能。研究发现，焊缝呈现激光焊接典型的高脚杯形状，焊缝区域弥散分布含钛相。当未填充焊丝时，低热输入（1.5 kJ/cm）接头与高热输入（2.6 kJ/cm）接头相比，焊缝晶粒尺寸减小约40%，接头抗拉强度提高约9.7%，焊缝平均硬度提高约7.7%。在填充焊丝后，焊缝中Ni元素含量提高，Fe元素含量下降，出现弥散分布的富铬相，结合X射线衍射（XRD）结果分析，推测其为Cr_0.19Fe_0.7Ni_0.11相。与高热输入接头相比，低热输入填丝焊的焊缝平均硬度与接头抗拉强度均有所提高，其中焊缝平均硬度提高约22.6%，抗拉强度提高约16.2%。

航空发动机中涡轮盘及涡轮叶片的服役条件不同，通过制备梯度材料可以避免涡轮盘与涡轮叶片连接处提前失效。然而，梯度过渡区的成分变化会导致合金组织改变，是影响性能的关键。为探究合金成分变化对镍基梯度材料显微组织的影响，本团队选用镍基粉末高温合金和定向镍基高温合金为原料，利用激光快速熔炼技术，通过调整两种合金的混合比例，制备出了11种典型成分的合金锭；研究了合金成分对梯度合金晶粒形貌和析出相的影响，重点探讨了合金的枝晶形貌、析出相尺寸和含量随合金成分的变化规律。结果表明：激光快速熔炼11种成分镍基合金锭显微组织中的一次枝晶和二次枝晶臂均比较发达，合金成分改变对枝晶形貌的影响较小，平均一次枝晶间距约为110 μm，显微组织均由γ相、γ′相、碳化物和γ/γ′共晶组成；随着镍基粉末高温合金含量的降低，合金锭中γ′相的含量和尺寸不断增加；由于元素偏析，γ′相形成元素Al、Ti、Ta、Nb会偏析在枝晶间，导致枝晶间γ′相的含量及尺寸均大于枝晶干。11个试样的显微硬度值相差不大，整体硬度值分布在500 HV左右。

激光超声能够实现对部件内部缺陷及其残余应力状态的无损检测功能。设定传感器中心频率为2.5 MHz, 利用软件完成数据采集过程并对其实施滤波处理。先对K417G轮盘进行热模锻处理, 之后再对其表面实施喷丸, 沿长度方向在K417G镍基合金上共设置5个点, 控制临近点的距离为1.96 mm, 表面波声速为2 950 m/s。测试结果表明: x与y方向上都到达了2 949 m/s以上的表面波声速, K417G轮盘表面形成了压应力作用。X射线衍射(XRD)与超声检测都显示形成了压应力, 具有相同变化趋势。采用XRD方法测试得到的最大径向残余应力为-906 MPa。采用更大测试深度的激光超声方法进行处理时, 获得了比XRD测量结果更小的测试参数。研究对了解金属试样喷丸后的表面残余应力分布具有很好的实际价值, 有助于后续机加工工艺的精选。

镍基合金是一种重要的航天航空材料，所以研究激光切割镍基合金的工艺参数对航天航空制造业有重要的价值。首先，采用正交试验法进行激光切割镍基合金，评估不同工艺参数的切割质量，直观分析优化工艺参数，得出优化值为80.175。然后，采用反馈式神经网络对切割质量进行训练拟合，预测17、18号样本的切割质量，误差百分比分别为3.14%、2.20%。最后，以此预测模型为基础，进行遗传算法的极值寻优，通过概率为0.4的交叉操作和概率为0.2的变异操作寻找种群范围内最优适应度值及对应变量值，此迭代进化过程为100次，得出的理论评分为89.076，验证试验得出的实际评分为89.150，误差仅为0.074。相比正交法直观分析优化，该方法只做少量试验样本，就可以快速找到最优工艺参数。

利用激光熔覆技术在镍基合金表面制备了SiC增韧增强的硅化钼复合涂层，研究SiC含量对涂层的裂纹与气孔的形成、组织结构特征、物相组成及硬度、高温摩擦磨损和高温抗氧化性能的影响。结果表明，随着混合粉末中SiC含量的增加，涂层的显微硬度值逐渐增大，高温摩擦磨损性能和高温氧化性能增强，但过高的SiC加入量会使熔覆层的气孔和裂纹倾向明显增大。在SiC含量最高为15%时，涂层无明显成形缺陷，熔覆层组织主要由γ-Ni、Mo2Ni3Si、MoSi2及SiC等相组成，显微硬度值可达814 HV，是基体的5.4倍。

通过机械混粉的方式在常规GH4169合金粉末中加入一定比例的Al粉末(质量分数分别为0、0.50%和0.85%)，通过激光沉积制造技术进行块体材料的制备，研究Al元素含量变化对GH4169合金沉积态及热处理态试样微观组织的影响，并对不同成分合金的高温组织稳定性进行深入分析。结果表明：激光沉积制造不同Al含量GH4169合金沉积态试样的显微组织均表现为外延生长的柱状晶特征，随着Al含量的增加，Laves相与枝晶间区域的元素偏析程度降低，合金的二次枝晶形貌逐渐发达。差式扫描热结果显示：随着Al含量的增加，NbC碳化物和γ基体的熔点降低；经固溶＋时效热处理[980 ℃/1 h，空冷(AC), 720 ℃/8 h，炉冷(降温速率为50 ℃/h)至620 ℃/8 h，AC]后，Laves相大量溶解，针状δ相析出，且随着Al含量的增加，δ相发生碎化；不同成分合金经680 ℃/100 h高温时效热处理后，δ相数量随着Al元素含量的增加先减少再增加，GH4169＋0.5Al合金的δ相数量最少，组织的热稳定性最好。