水下定向能量沉积技术能够对水下结构件的表面损伤进行原位修复，在海洋工程领域具有广阔的应用前景。受损钛合金结构件水下修复后表面的耐蚀性对于其服役安全至关重要。本研究团队采用水下定向能量沉积技术对Ti-6Al-4V预制梯形槽进行水下修复，通过对比水下和陆上定向能量沉积结果，阐明了水下修复工艺对组织、硬度和电化学腐蚀特性的影响。结果表明：水冷淬火提高了水下熔池的冷却速率，并降低了沉积过程的热积累，生成了具有较高位错密度和较高硬度的针状马氏体组织；与陆上定向能量沉积试样、基体材料相比，水下定向能量沉积试样具有更好的耐蚀性，水下沉积Ti-6Al-4V的耐蚀性主要受组织晶粒度、合金元素分布以及表面组织状态的影响。本文研究结果能够为钛合金装备水下激光增材修复提供参考和理论基础。

近些年,激光加工方法被广泛用于功能性表面的制备。然而,现有的激光加工方法在处理速率、生产成本、制备表面的耐用性/可靠性方面仍有很大进步空间。本工作致力于研发一种高效激光多功能表面制备工艺。此工艺将激光表面加工与化学浸润处理相结合,先使用一定工艺窗口下的激光加工过程对表面进行预处理,再使用化学浸润过程进一步修饰微纳结构,同时改变表面能/表面化学。研究结果表明,激光加工与化学浸润共同作用下制备的微纳米化合金表面实现了超疏水性能和表面显微硬度的提升,同时该表面在海水和海洋大气环境中还展现出了优异的耐腐蚀性能。相对传统激光处理方法,所提方法在一定程度上提升了制备效率并降低了生产成本,在海洋工程领域有很好的应用前景。

采用实验与仿真相结合的方法研究了工艺参数及基体倾斜角度对激光熔覆GH3536熔池流场及轮廓的影响。研究结果表明:倾斜基体激光熔覆时,基体倾斜导致的激光能量密度及粉末浓度的降低对熔高有显著影响,送粉量及激光能量的适度增加能够有效弥补熔高的降低;熔池内部存在的马兰戈尼对流分为前后流场,前流场主导轮廓前沿坡角,后流场主导熔高;基体倾斜时重力会加强相应方向的流场,进而影响最终的熔池轮廓。上坡熔覆时熔池轮廓下凹,下坡熔覆时熔池前沿更加平缓。结合温度场及流场分析基体倾斜对激光熔覆轮廓的影响,对于采用激光熔覆技术修复工作区间有限的倾斜面结构如燃烧室内部,在工艺参数调整及修复路径规划方面具有重要的指导作用。

为了探索硼磷酸钠(Na5[B2P3O13]，NBP)晶体可能具有的功能特性，发展适用不同光谱范围的硼磷酸盐材料，对其紫外-远红外光谱以及拉曼光谱进行了研究。实验测量了室温下NBP晶体在200~2 000 nm的紫外-可见-近红外透射和反射光谱、50~4 000 cm-1远红外透射光谱以及拉曼光谱。首先根据光学常数间的关系，计算得到吸收系数、消光系数和折射率，并对计算得到的折射率采用Sellmeier方程进行拟合。然后分析由紫外到远红外的宽频透射光谱，最后对晶体的拉曼振动峰进行了指认。研究结果表明: 在200~2 000 nm波长范围内最大吸收系数为31 cm-1，消光系数数量级为10-6，折射率在156~180之间，得到Sellmeier方程。在105~120 THz 和150~375 THz频率范围内晶体透射率大于80%，在15~71 THz的声子吸收带的透射率几乎为零。晶体可作为某些波段的光学窗口材料或者特定波段的滤波器。

在医用不锈钢中加入适量的过饱和铜离子后形成的含铜不锈钢,具有较好的生物功能。用激光合金化方法代替传统的热处理合金化方法,在不锈钢的表面形成铜钴合金层,探索一种以上的合金元素同时存在于合金层中的可能性。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪分析了合金层显微组织的结构特征。通过大肠杆菌实验验证了合金层的杀菌功能,通过盐水腐蚀实验分析了合金层的抗腐蚀能力。结果表明:当激光功率为600 W、扫描速度为400 mm/s、预置厚度为500 μm、搭接率为35%时,用铜钴质量百分比为1∶1的混合粉末制成的合金具有稳定的表面金相组织,其杀菌能力以及耐腐蚀性能较好,且合金层的硬度较基体高约20%。激光合金化方法可以代替传统合金化方法进行生物功能化医用金属的制备。

采用有限元方法对三维平顶光束激光冲击2024铝合金进行数值模拟, 模拟结果与文献中的实验结果吻合。研究了不同工艺参数对材料残余应力场分布的影响。结果表明, 随着光斑尺寸的增大, 材料的残余应力增大, 而表面残余应力的变化梯度减小; 随着冲击次数的增加, 残余应力增大并趋于饱和; 当搭接率为10%时, 表面残余应力的变化梯度较小; 随着搭接率的增加, 深度方向残余应力增加但增幅较小。

在氩气辅助下，利用光纤激光水下切割1 mm厚304不锈钢板。通过切缝平均宽度研究激光功率、切割速度、水层厚度、水体条件等对切割效率及切割质量的影响规律。宏观上，激光功率过低、切割速度过快、水层过厚等因素会降低激光切割效率和质量。在模拟海洋环境的盐水中进行切割试验，水的高盐度和低温大大降低了切割效率。微观上，熔化区、热影响区（HAZ）和基体的组织成分、显微硬度各异，熔化区边缘出现表面形核现象，熔化区晶胞尺寸随着激光能量密度增大而增大；热影响区组织粗大，显微硬度低于基体与熔化区硬度。熔化区边缘硬度达到242.8 HV，局部氧化区域硬度高达963 HV，是基体硬度的4.3倍；熔化区中部硬度为165.1 HV；热影响区硬度为124.6 HV，不锈钢基体硬度为223.4 HV。

为了提高挤出机螺杆表面的耐磨损性能, 采用激光熔覆技术在38CrMoAl钢表面制备NiCr-MoS2-M(M为CeO2-TiC-Cr3C2-V)耐磨自润滑复合涂层。通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜(SEM)及附带的能谱仪分析了涂层的物相组成及显微组织, 采用显微硬度计测试了涂层的显微硬度分布, 并在室温条件下测试了上述涂层的干滑动摩擦学性能, 取得了相关的数据。结果表明, XRD测试结果显示强化层主要由FeNi, Ni3Fe和Cr-Ni-Fe-C固溶体组成;用SEM观察发现强化层由固溶体枝晶、富Cr共晶和未熔MoS2颗粒组成。涂层中的显微硬度为313.7HV, 约为基体显微硬度(332.6HV)的94.32%; 摩擦系数为0.513, 约为基体摩擦系数(0.315)的1.63倍; 磨损量为58.561×10-3mm3, 约为基体磨损量(4.91×10-3mm3)的11.9倍。这一结果对进一步优化工艺参量, 以提高强化层的综合力学性能是有帮助的。

激光焊接技术具有单位热输入量少、热变形小、焊缝深宽比大、焊接速度高、可焊接复杂结构件、易于实现远程焊接和自动化等明显优势, 在汽车制造中得到广泛应用。本文分析了预置填充稀土粉末对1 mm厚6061铝合金激光焊接组织和性能的影响。试验表明, 直接焊接的焊缝平均显微硬度为44.5 HV, 填充稀土粉末的焊缝平均显微硬度为50.1 HV, 达到母材硬度的83.1%; 但稀土含量过高容易促进焊缝氢气孔的产生, 使得焊缝硬度分布不均匀; 降低焊缝的抗拉强度, 未填充稀土粉末的焊缝平均抗拉强度为111.04 MPa, 达到母材的89.5%, 而填充稀土粉末的焊缝平均抗拉强度为89.06 MPa, 仅为母材的71.8%。

为了提高不锈钢桨叶的表面耐磨蚀性能,采用激光合金化技术在1Cr18Ni9Ti不锈钢表面制备了MnAl2O3和MnAl2O3NiWC合金化层,原位获得均由枝晶、共晶和未熔氧化铝颗粒组成的高锰钢基复合耐磨蚀涂层,并通过正交试验研究了两种合金化层的显微组织和耐磨蚀性能。结果表明,所有的正交参量下激光合金化MnAl2O3均可提高不锈钢的耐磨性,但耐蚀性有的提高,有的降低;参量因素对合金化层耐磨性的影响顺序为Al2O3添加量、扫描速率、激光功率,对耐蚀性的影响次序则恰恰相反;Al2O3添加量决定了MnAl2O3复合涂层中硬质相的含量,从而决定了涂层硬度和耐磨性;两种合金化层表面均发生晶界腐蚀、晶粒内和晶界处的点蚀,其耐蚀性与其多种组织、物相及各自的化学成分和耐蚀性及组织均匀性相关。