为了改善水导激光制备单晶镍合金微孔的表面形貌，降低微孔锥度，采用控制变量法研究了在单步螺旋打孔方法下，激光单脉冲能量、扫描速度、进给次数和扫描圈数对微孔表面形貌及锥度的影响规律。提出了多步螺旋打孔方法，并在优选加工参数组合下与单步螺旋打孔方法进行了比较。结果表明，增加单脉冲能量和降低扫描速度可以改善微孔表面形貌，减小微孔锥度。随着进给次数的增多，微孔表面形貌逐渐变好，微孔锥度先减小后饱和。随着扫描圈数的增多，微孔表面形貌逐渐变差，微孔锥度先增大后减小。采用多步螺旋打孔方法加工的微孔锥度仅为0.29°，比单步螺旋打孔方法降低了70%，且尺寸偏差和圆度都控制在20 μm以内。

针对目前激光选区熔化难以直接成形大尺寸、高强度铝合金构件的问题，对定向能量沉积（DED）连接激光选区熔化成形Al-Mg-Sc-Zr合金的工艺进行研究，分析缺陷分布的位置、形貌以及对力学性能的影响，对比分析定向能量沉积参数以及超声外场辅助下连接试样的微观组织、元素分布和力学性能，并通过热等静压进一步提升力学性能。结果表明：缺陷主要分布在基材与连接区交界的熔合区，密集气孔聚集导致熔合区硬度远低于连接区和基材的硬度，并使整体拉伸性能弱化。在75~150 J/mm²激光能量密度范围内，随能量密度增大，致密度和抗拉强度均提升。采用3000 W激光功率、5 mm/s扫描速率、3.7 g/min送粉速率，得到最高的熔合区硬度、连接区致密度以及抗拉强度，分别为90 HV、90.83%、203.38 MPa。超声外场辅助会促进Al₃（Sc，Zr）强化相的析出并细化晶粒，且能够有效减少气孔的数量和缩小气孔的尺寸。超声后试样的综合力学性能得到显著提升，熔合区硬度为95 HV，致密度为93.06%，抗拉强度为292 MPa，较未加超声时分别提高了5%、2.4%和44%。超声后采用热等静压的后处理方法，可使综合力学性能得到进一步提升，熔合区硬度为160 HV，致密度为99.99%，抗拉强度为405.71 MPa，较未热等静压时分别提高了68.4%、7.4%和38.9%。

导管弯曲内侧面的褶皱变形是一种加工缺陷，它会降低导管承压能力，影响设备运行安全。为了实现褶皱变形的精确测量，提出了一种利用扫描点云的导管褶皱度测量方法。首先，结合弯管的形态特征，提出了一种切线圆弧切线模型方法以重建弯管脊线，确定导管形态参数。然后，借助各个表面点在各自脊线截面下的极角，实现导管轮廓线的管理与提取。最后，提出了一种轮廓线的展平方法，避免导管自身的弯曲形态影响褶皱辨识。基于最大褶皱深度计算导管褶皱度，使用典型导管样件进行脊线的重建验证，优化后的脊线点误差均值接近于零，均方根误差由优化前的0.297~15.439 mm降至优化后的0.171~1.129 mm；使用标准件进行褶皱度分析精度的验证，褶皱度误差稳定在0.011%。因此，所提方法可以实现导管褶皱度的准确测量。

研究了激光选区熔化（SLM）/铣削增减材复合制造工艺对316L不锈钢滑动磨损特性的影响规律。在增减材复合加工机床上分别采用单一增材方法和增减材方法制备316L不锈钢试样，在一台加工中心上制备传统铸造316L不锈钢试样。激光能量密度E设置为112.5~183.3 J·mm^-3，铣削每齿进给量设置为0.02~0.08 mm。首先测试分析了试样致密度、组织缺陷、显微组织、显微硬度及表面粗糙度。在与Si₃N₄陶瓷球配对的干式滑动试验后，对摩擦因数、磨损率、磨痕形貌及元素组成进行测试分析。结果表明，SLM成形材料的致密度和硬度在E=150.0 J·mm^-3时取得最高值。增减材试样的表面粗糙度明显低于增材试样，在每齿进给量相同时略高于铸造铣削样。SLM成形材料的摩擦因数范围为0.93~1.03，在最致密时取得最低值并略低于铸造材料。增减材表面在30 min内的总磨损率随每齿进给量的减小而降低，其数值为8.44×10^-8~12.17×10^-8 mm³/mm，低于增材表面，在每齿进给量相同时略高于铸造铣削表面。增减材表面在滑前12 min内的磨损机制为磨粒磨损，而黏着磨损及材料断裂现象比其他两种表面轻微。滑动30 min后SLM成形材料主要的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损，以及缺陷引起的材料断裂，而材料黏着是其磨损面氧化的主要原因。

基于激光熔化沉积技术制备了高强度Al-Mg-Sc-Zr合金试样，采用金相显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度和室温拉伸等试验方法，研究了能量密度和送粉速率对沉积试样的致密度、微观组织演变和力学性能的影响规律。结果表明：在送粉速率一定的条件下，随着能量密度的提高，沉积试样的致密化行为逐渐增强，致密度呈现逐渐升高的趋势。随着送粉速率的提高，趋势愈发显著。在送粉速率为5.5 g/min、能量密度为50~150 J/mm²的条件下，试样致密度从97.88%提高至99.47%。在优化的工艺条件下，即能量密度为100 J/mm²、送粉速率为2.5 g/min时，获得了最优综合力学性能的沉积态试样，其致密度、屈服强度、抗拉强度、延伸率以及显微硬度分别为99.51%、268 MPa、450 MPa、18.4%和120.18 HV_0.2。

为了实现高性能、低孔隙率Al-Mg-Sc-Zr合金在航空航天主承力结构领域的广泛应用，采用激光熔化沉积-热轧复合工艺制备了Al-Mg-Sc-Zr合金试样。基于金相显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度和室温拉伸实验等检测方法，探究了复合工艺与微观组织和力学性能之间的关系，确定了最优工艺参数；研究了热轧压下量对沉积态试样微观组织演变、微孔缺陷闭合行为及力学性能的影响规律。结果表明：微孔缺陷随压下量的增加而逐渐减少，当压下量达到50%时，微孔缺陷完全闭合，试样的强度和硬度显著提高，熔合线区域合金元素的分布变得均匀。在优化的工艺参数条件下，复合工艺制备试样的抗拉强度、屈服强度、延伸率和硬度分别为412 MPa、243 MPa、22.8%和118.76 HV，较未轧制试样分别提高了22.6%、12.5%、54.1%和15.3%。

采用激光熔化沉积（LMD）工艺对激光选区熔化（SLM）成型的AlSi10Mg合金进行连接，对连接区进行X射线检测，检测结果显示连接区存在密集气孔。分析气孔形态、分布位置及其对试样力学性能的影响，并探寻消除该缺陷的方法。结果表明：密集气孔主要分布在基材与连接区交界的熔合线处，孔径为0~20 μm，气孔在X射线底片上形成了水印现象；密集气孔在熔合线处的聚集导致该位置处的硬度远低于连接区和基材，从而影响了该处的力学性能；预热能够有效减轻该缺陷，使密集气孔均匀分散到整个连接区中，消除水印现象；预热试样的力学性能相比未预热试样显著提高，熔合线处的显微硬度为90.8 HV，抗拉强度为287 MPa（达到了基材的76.5%），较未预热试样分别提高了45%和19%；预热前后拉伸试样均为脆性断裂，预热提高了试样的延展性，延伸率达到5.0%。

为了实现高强度、高致密Al-Mg-Sc-Zr合金的成功制备，基于激光熔化沉积技术制备了不同工艺条件下的合金块体试样，采用金相显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度仪和室温拉伸等实验方法，研究了水冷条件及超声振动辅助对沉积试样微观组织、孔隙缺陷演变及力学性能的影响规律。结果表明：外部冷却场辅助可以显著提高基板对沉积试样累积热量的传输效率，从而降低沉积试样的孔隙率、提高致密度；超声振动辅助凭借其特有的声流效应与声空化效应，促进了熔池中小气泡的聚集与上浮，孔隙数量明显减少、尺寸明显减小，晶界处共晶相发生细化；在优化的外场辅助条件下，获得了沉积试样的最优力学性能，其屈服强度、抗拉强度、延伸率、显微硬度分别为234 MPa、385 MPa、17.1%、125.84 HV（加载载荷为1.96 N）。

水导激光加工是一项利用水光纤将激光引导到材料加工表面的新颖加工技术，具有几乎无微裂纹、热影响区小、无污染、重熔层少、加工精度高和光束平行等优点。为研究不同水导激光加工工艺参数对微观形貌的影响，探索水导激光与物质的相互作用机理。本文采用自主研发的水导激光加工系统对316L不锈钢薄片试件进行切槽和打孔实验；使用Zeiss Vert.A1金相显微镜观察加工试件的二维形貌；使用Leica DVM6超景深显微镜和Bruke Contour Elite I白光干涉仪观察试件的三维微观形貌。实验结果表明：无论是对试件进行切槽还是打孔实验，均会在加工区域产生一定宽度的沉积层，且沉积层的大小不随加工时间和加工次数变化，其宽度约为13.5 μm；通过观察试件加工区域的二维形貌，发现打孔试件的dr和切槽试件的wl也不随加工试件和加工次数变化；通过观察切槽试件加工区域的三维形貌，其截面呈倒梯形。

为了研究增减材交互过程中基体温度状态对工件表面质量的影响,对冷却不同时间的增材工件进行铣削加工,并测试工件表面的粗糙度、表面形貌、残余应力、微观组织及硬度。在482 ℃基体温度下进行铣削加工时,工件表面的粗糙度约为2.226 μm,表面有凹坑和凸起的缺陷,工件表面残余应力为残余拉应力,沉积层顶部硬度约为200 HV。在205 ℃和164 ℃基体温度下进行铣削加工时,工件表面的粗糙度分别降低到1.192 μm和0.844 μm,表面形貌均由均匀的铣削纹理组成,工件表面残余应力由残余拉应力转化为残余压应力,沉积层顶部硬度分别为309 HV和286 HV。结果表明:随着基体温度的降低,工件表面粗糙度降低,表面缺陷减少,表面残余应力由残余拉应力转化为残余压应力,硬度增加,工件表面质量得到提高。