在304不锈钢表面预置不同质量分数的Fe60和WC复合粉末，采用光纤激光加工系统制备金属-陶瓷复合熔覆层。分别从宏观形貌、微观组织、物相分析、硬度分布等角度研究涂层的组织结构及性能。结果表明：复合熔覆层冶金结合良好，过渡区、热影响区生成CrC及WCx等硬质相，提高了熔覆层的硬度，对复合涂层力学性能有显著影响；当WC的质量分数比例为3%时，熔覆涂层的平均硬度为995 HV，约为304不锈钢基体的5倍，且高于其他质量分数比例的复合熔覆层。

目的：采用光纤激光器对304不锈钢和铜进行焊接，提高焊缝抗拉强度，并分析焊接机理。方法：激光束作用在焊缝的不同位置，并对不锈钢/铜焊接接头的抗拉强度进行测试，从而找到最佳的激光束作用位置，采用光学显微镜对焊缝微观结构进行观察，采用能谱分析仪(EDS)对焊缝处元素进行分析。 结果：试验结果表明，当激光束作用的位置在靠近不锈钢侧0.15 mm时，焊缝抗拉强度达到最高的186 MPa。结论：不锈钢对激光束的吸收率大于铜，激光束靠近不锈钢侧，使得不锈钢先熔化，然后热传导将铜熔化形成熔池，且不锈钢渗透到铜侧，形成异种焊缝。

将光纤脉冲激光器的激光功率、重复频率、离焦量和扫描速度作为影响因素，以AISI304不锈钢的表面粗糙度作为评价指标，设计了激光抛光的正交试验，通过极差分析得到最佳工艺参数组合，在此参数组合下快速将表面粗糙度降低约67%。使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电化学工作站等研究了激光抛光前、后的表面性能变化及机理。结果表明：激光抛光后，试样表面硬度降低了约15%，自腐蚀电流密度提高了10.978 μA/cm²。抛光层内C、Cr元素含量（质量分数）分别降低了约2.4%和3.2%，平均晶粒尺寸减小了约0.37 μm，抛光表面的残余应力约为139.6 MPa。分析得出，随着C元素含量的减少，试样表面浅层金属发生软化，从而表面显微硬度降低；Cr元素含量的减少弱化了不锈钢的钝化能力，同时晶粒细化与残余拉应力的存在为腐蚀性Cl^-提供了快速扩散路径，使得试样自腐蚀电流密度明显提高。

采用激光熔覆成形了304不锈钢，利用扫描电镜、X射线衍射及透射电镜技术，研究了熔覆层的组织形貌及相组成。结果表明：熔覆层主要由奥氏体（γ）相和FeCr（σ）相组成，σ相中Fe与Cr的原子数分数比接近1∶1；γ相呈细小、致密的枝晶状，σ相主要为长条状，宽度约为200 nm，分布在枝晶间隙处。在熔覆层快速凝固过程中，σ相从枝晶间的共晶铁素体（δ）中析出。枝晶间共晶形成的大量γ/δ界面有效降低了σ相的形核难度，同时，枝晶间Cr元素的富集促进了σ相的形成和粗化。因此，相比于不锈钢在固溶过程中析出的σ相，激光熔覆过程中析出的σ相形成时间更短，尺寸更大。

初步探讨了微秒激光辐射不锈钢表面的着色机理，在激光焦距及填充间距一定的条件下，研究了激光扫描速度、加工次数及激光重复频率对304不锈钢着色效果的影响，并在此基础上通过建立三个并联的Elman神经网络，研究了激光扫描速度及激光加工次数与着色块色度(H)、饱和度(S)、亮度(B)之间的非线性关系。使用该神经网络在给定的激光参数下进行HSB值预测，预测曲线与真实值曲线吻合良好，其中色度的测试平均相对误差为4.04%，饱和度的测试平均相对误差为13.33%，亮度的测试平均相对误差为4.05%。所建立的神经网络模型具有良好的预测精度，实际加工图案颜色与预测颜色具有较高的一致性。

运用激光熔覆工艺在 304不锈钢表面制得钛涂层, 并对其组织结构、厚度、物相成分进行了表征。研究结果表明: 厚度 0.5 mm涂层表面生成的放电孔洞边缘出现了许多熔融物, 还有部分放电孔洞中生成了新的熔融物, 导致有些区域只形成了少量孔洞, 并呈现不规则外形。此时涂层内部形成了致密结构。熔覆时间到达5 min时, 厚度0.5 mm涂层电压发生了快速升高, 涂层持续发生击穿放电过程并保持恒定速率增加, 到达8 min左右时, 电压增长速率保持缓慢上升。采用激光熔覆方法将电解液中的P、Ca元素引入涂层内, 各个厚度涂层表面均存在一定数量的Fe元素。厚度0.1 mm涂层的表面存在NiTi与部分Ti以及不同晶型的TiO2; 厚度0.5 mm涂层内 NiTi 衍射峰强度发生了明显降低, 而 Ti含量显著升高, 形成了更强的TiO2衍射峰。

为探索纳秒激光直接诱导不锈钢金属表面着色的工艺参数,利用纳秒激光诱导不锈钢表面着色,获得了深蓝色、黑色、灰色、粉红、绿色、紫色、金色、黄色、棕红色等多种颜色,其中棕红色在激光诱导不锈钢金属表面着色的其他研究中还未曾报道。通过测量同一激光诱导着色工艺参数下Lab色度空间中三要素的数值,可得样本的色差ΔE均小于7,色块表面颜色稳定、均匀、无损伤,获得的激光诱导工艺参数具有可重复性。该研究在汽车、电子等行业,具有较大的应用价值。

为了研究活性剂对激光焊接试样熔池温度的影响，以304不锈钢厚板为对象，建立了活性激光焊接的ANSYS 3维有限元模型，数值模拟其焊接温度场，并采用红外热像仪同步监测熔池温度变化情况。综合数值计算与试验检测数据，对比分析了涂覆不同活性剂及未涂敷活性剂的试件在激光焊接过程中的温度变化趋势。结果表明,数值模拟结果与试验结果基本吻合，活性剂涂敷并未对温度场分布造成明显影响，但对熔池的峰值温度略有改变，相比未涂敷活性剂焊接试件，SiO2和TiO2活性剂使熔池峰值温度升高约7%～9%，NaF活性剂使熔池峰值温度降低约5%。此研究将丰富和发展活性激光焊接厚板的基础理论，为活性激光焊的推广应用提供重要理论和试验基础。

为了研究304不锈钢及其激光熔覆件的小孔钻削工艺性, 利用永年YLC-3000激光熔覆成形机制备了以45钢为基材、304不锈钢合金粉末为熔覆材料的激光熔覆件, 并对熔覆件表面的宏观形貌、截面显微组织及显微硬度进行了分析。采用单因素试验设计, 并结合小直径麻花钻对304不锈钢及其激光熔覆件进行了小孔钻削试验, 对比分析了两者在不同主轴转速和进给速度条件下的钻削力和切屑形态的变化。结果表明: 与304不锈钢相比, 304不锈钢激光熔覆件的材料塑性降低, 钻削力减小, 切屑形态发生明显变化。