基于随动进给脉冲电流增强激光熔覆技术在42CrMo合金结构钢基体表面制备了Ni60A镍基合金涂层,研究了脉冲电流对熔覆涂层的影响。结果表明:采用随动进给电极,利用脉冲电流的趋肤效应,将大部分电流引入熔池,提高了电流利用效率,且较近的电极距离大大提高了电流密度,增强了改善效果,有利于制备缺陷少、质量高的熔覆涂层;相对于传统激光熔覆,脉冲电流增强激光熔覆既能提高熔覆效率,又能细化熔覆层晶粒,降低孔隙率,并均匀熔覆层组织,使其由常规激光熔覆形成的枝晶转变成等轴晶;脉冲电流增强激光熔覆试样的孔隙率为0.39%,平均晶粒尺寸约为4 μm,优于常规激光熔覆的0.62%和6 μm;同时采用随动进给电极可以减少熔覆层残余热应力和开裂敏感性,特别是小电极距离特有的高能量密度脉冲电流在熔覆层裂纹尖端形成的绕流效应和焦耳热效应能够实现熔覆层裂纹的在线自愈合,获得无裂纹的熔覆层,从而解决了激光熔覆层易开裂问题。

采用激光熔覆技术在H11钢表面制备厚度为150 μm的Al2CoCrCuFeNi高熵合金涂层, 研究了涂层的组织结构、显微硬度和耐磨性能。实验得到优化的多道搭接工艺参数为电流270 A、扫描速度3 mm/s、离焦量－14 mm、搭接率40%。在涂层中形成以微观组织为枝晶和枝晶间组织的简单固溶体。熔覆层上部组织由等轴晶粒组成, 而下部组织由柱状晶粒组成, 并且基体/涂层之间形成冶金结合。涂层的平均显微硬度比基体250 HV的硬度增加了70%; 涂层试样的磨损率只有基体的30%, 相比H11钢基体, 高熵合金熔覆层显微硬度和耐磨性都大大提高。

激光重熔是常用的一种提高等离子喷涂双层结构热障涂层性能的方法。综述了国内外相关研究进展, 主要从重熔工艺的角度介绍了其主要制备技术, 常规激光重熔强化, 激光重熔分步强化和激光重熔一步强化加工方法。阐述了激光重熔等离子喷涂热障涂层存在的主要问题, 同时指出了解决的主要措施, 最后对其主要发展趋势进行了讨论。

金属构件激光增材制造技术是三维打印技术研究的热点, 其比较成熟的制造工艺包括激光熔化沉积技术和激光选区熔化技术。轻合金以其优良的综合性能而广泛应用于航空航天、医疗等行业, 因此与其相关的激光增材制造技术已经成为国内外竞相开展的重要研究方向。在介绍以钛合金和铝合金等轻合金激光增材制造研究现状的基础上, 分析了其存在的主要问题, 并讨论了现阶段国内研究的部分热点及其发展趋势: 专用粉末研发、基础理论研究及高效、高性能构件制造等。

采用同轴送粉与压片预置激光熔覆工艺制备NiCoCrAlY涂层, 对两种激光熔覆工艺粉末利用率、涂层稀释率、熔覆层硬度及熔覆层微观组织形貌进行了比较。结果表明, 在涂层界面能形成良好冶金结合的优选工艺参数条件下, 同轴送粉激光熔覆粉末利用率和加工参数密切相关, 最高不超过0.4, 而压片预置激光熔覆粉末利用率高于0.9; 同轴送粉激光熔覆制备涂层熔合区为垂直于界面的柱状晶, 上部为均匀的等轴晶, 压片预置激光熔覆涂层的枝状晶贯穿整个涂层; 但是压片预制熔覆涂层的硬度略低于同轴送粉熔覆涂层。

光纤陀螺要求其光源具有高功率、宽谱输出，同时在大温度范围内仍具有好的平均波长稳定性。为了满足-45℃~70℃大温度范围的应用需求，采用双程后向抽运、法拉第旋转反射、带通滤波等技术手段，对光纤材料和器件进行大温区全局优化，以改善超荧光光纤光源的平均波长稳定性。理论分析了不同中心波长和带宽的带通滤波器以及光纤长度等参量对平均波长稳定性的改善效果，以及和光谱带宽的关系。按照设计结果选择滤波、光纤长度等参量，通过对-45℃~70℃全温区范围进行系统全局优化设计，得到输出功率为32mW，功率稳定性为0.65%，光谱带宽为12.5nm，光源平均波长变化量为23.5×10-6。结果表明，平均波长稳定性在0.5×10-6/℃以下的高稳定性超荧光光纤光源中，32mW输出功率非常高; 所得的0.2×10-6/℃是115℃大温差范围、30mW以上超荧光光纤光源中非常优异的平均波长稳定性指标，满足光纤陀螺对光纤光源的要求。

将反馈型(BP)神经网络和遗传算法(GA)相结合用于激光多层熔覆厚纳米Al2O3-13%TiO2(质量分数)陶瓷涂层的工艺参数优化，根据3因素3水平正交试验结果对神经网络模型结构进行训练，建立了熔覆工艺参数(熔池闭环控制温度、超声振动频率及保温箱预热温度)与涂层性能(结合强度和显微硬度)之间的遗传神经网络预测模型。在此基础上，采用遗传算法对纳米陶瓷涂层结合强度和显微硬度进行了单目标和多目标参数优化。结果表明，遗传神经网络模型预测值与试验值误差较小，相对误差不超过2.5%。遗传算法优化的涂层最大结合强度和显微硬度分别为70.7 MPa和2025.5 HV；在结合强度和显微硬度两者权重相同的情况下，当熔池闭环控制温度为2472.0 ℃、超声振动频率为31.9 kHz和保温箱预热温度为400 ℃时涂层综合性能最优，对应的结合强度和显微硬度分别为69.1 MPa和1835.5 HV。

在简要阐释激光熔覆技术工作原理和技术特点的基础上, 介绍了激光熔覆材料体系、工艺种类、工艺参数和涂覆层微观组织结构, 另外讨论了激光熔覆技术所面临的主要问题, 并提出了激光熔覆技术的发展趋势。重点介绍了所做的一些相关工作: 激光熔覆MCrAlY涂层、激光熔覆纳米涂层、激光熔覆过程中热力耦合有限元数值模拟、激光熔覆过程裂纹形成机理及控制、激光熔覆纳米陶瓷颗粒增强金属基梯度涂层以及激光多层熔覆大厚度纳米热障陶瓷涂层成型控制等。

采用激光重熔工艺对等离子喷涂预置Ni基WC复合涂层进行处理, 研究了激光工艺参数对涂层微观组织和性能的影响。用扫描电镜(SEM)、显微硬度计和球-盘式摩擦磨损机分析了涂层微观结构、显微硬度和高温摩擦磨损特性。结果表明, 激光重熔消除了等离子喷涂层的片层状结构、孔隙等缺陷, 涂层致密性提高; 随着激光功率的增加, WC颗粒烧损和溶解增多, 同时涂层稀释率变大; 激光重熔处理后涂层的显微硬度和磨损性能显著高于原等离子喷涂层, 但激光功率对其有较大的影响, 工艺参数的合理选择有利于WC颗粒适当熔化, 从而在涂层中保留较高比例的硬质相, 同时使WC颗粒与Ni基体的结合较强, 达到较高的显微硬度和耐磨性能。

采用压片预置式激光多层熔覆制备了厚纳米Al2O3-13%TiO2(质量分数)涂层，研究了涂层的微观组织和结合性能，并分析了涂层厚度对结合强度的影响。结果表明，陶瓷涂层各层之间无明显界面，过渡缓和自然，涂层内部致密、连续，基本无孔隙及贯穿性大裂纹等缺陷；涂层由等轴晶的完全熔化区和残留纳米颗粒的部分熔化区组成，并且涂层中的裂纹基本集中于部分熔化区，另外晶粒尺寸表现为上小下大的梯度过渡特征。随着涂层厚度的增加，结合强度逐渐下降，其减小的趋势为先快后慢。厚度为175 μm的试样结合强度高于78.6 MPa，而厚度为350、525、700 μm的涂层结合强度分别为66.3、47.4、36.2 MPa。