为探究灰铸铁表面激光熔覆镍基WC合金的最佳工艺参数，改善灰铸铁表面熔覆质量，避免因其选择不佳产生缺陷，利用高功率半导体光纤耦合激光器制备单道涂层，通过Leica光学显微镜对熔覆层几何特征进行测量，结合正交极差分析数据获取极差结果，并根据因素效应图分析工艺参数对几何特征的影响机制，通过稀释率和宽高比的等值线图及实际工程需求优化工艺参数范围进行优化选取，最后结合实际工程成本探究出最佳工艺参数。结果表明：三因素对熔覆层几何特征具有重大影响且激光功率为主要影响因素。最佳工艺参数为激光功率1 400 W，扫描速度5.8 mm/s，送粉速率15.5 g/min。最优工艺参数下熔覆层高度为1 540.5 μm，熔宽为4 680.5 μm，熔深为88.9 μm，稀释率为5.46%，宽高比为3.04，均满足实际需求。研究为工程实践提供了理论基础及参考依据。

为了揭示激光熔覆工艺参数对铁基TiC复合熔覆层成形质量的作用规律、优化激光熔覆工艺参数, 使用YAG固体激光器在60Si2Mn基体上激光熔覆铁基TiC复合涂层, 基于响应面法建立输出电流、脉冲宽度、扫描速率与熔覆层宽度、高度、熔池深度、宽高比、稀释率以及硬度之间的数学模型, 并对模型进行方差分析, 获得了工艺参数与成形质量之间的函数关系。结果表明, 输出电流和脉冲宽度对涂层宽度具有正相关性, 扫描速率与涂层宽度成反比; 扫描速率对熔覆层高度和熔池深度没有显著性影响; 涂层宽度与高度的比值随着输出电流的增大而增大; 输出电流对涂层稀释率影响最为显著, 脉冲宽度次之; 较高的输出电流和较大的扫描速率能够得到高硬度涂层; 经优化验证模型的误差均小于5%。该研究结果能够用于铁基陶瓷复合涂层成形质量的预测及优化激光工艺参数。

为研究激光熔覆修复过程中稀释率的主要影响因素及其对修复性能的影响，在300M钢表面对12Cr17Ni2B新型不锈钢粉末进行激光熔覆试验。为了使粉末充分熔化并减小基体热影响区的软化程度，调整粉焦高于基体表面。分别探索扫描速度及粉末吸热率（激光功率与送粉速率之比）对稀释率的影响，结果表明：两种工艺参数均可以显著改变稀释率的大小，扫描速度会显著改变熔覆层的面积，粉末吸热率会显著改变熔合区的面积。为了明晰稀释率对修复性能的影响，采用粉末吸热率为自变量的工艺调控稀释率，并分析稀释率对修复性能的影响；结果表明：稀释率对修复件界面结合强度的影响不大，但对热影响区的软化程度有一定影响，基体对熔覆层的稀释有利于熔合区硬度的提高，但过大的稀释率会导致熔合区开裂。

利用激光修复技术修复裂纹可以有效提升零件的断裂性能。本文以304不锈钢紧凑拉伸试件为研究对象, 分别建立了热分析和力学分析有限元模型。首先模拟了不同激光工艺参数下裂纹尖端修复区温度场的分布情况, 并分析了稀释率随激光工艺参数变化的关系; 进而由基体材料成分、修复粉末材料成分和稀释率的关系得到修复区材料成分, 最后模拟得到修复后的304不锈钢试件裂纹尖端J积分, 分析激光参数对裂纹尖端J积分的影响规律。结果表明, 当激光光斑直径和加热时间一定时, 随着激光功率的增大, 裂纹尖端J积分先减小后变大, 在激光功率为1 800 W时修复试件具备较好的断裂性能; 当激光功率和加热时间一定时, 随着光斑直径的增大, 裂纹尖端J积分先减小后变大, 在光斑直径为3 mm时修复试件具备较好的断裂性能。

为提升TC4钛合金零件的使用寿命和性能, 利用正交试验方法设计多组激光工艺参数, 采用激光熔覆工艺分别在钛合金表面上制备了镁钴合金涂层, 分析了激光脉冲电流、脉冲宽度和扫描速度对熔覆层稀释率和宽高比的影响以及每个试验影响因素之间的交互作用, 并进行验证试验, 最终获得钛合金表面单道激光熔覆的最优工艺参数。结果表明, 扫描速度对熔覆层稀释率的影响最大, 脉宽对宽高比影响的最大。通过对比分析得出最佳工艺参数组合, 为今后的钛合金激光熔覆镁钴合金的成形试验提供试验借鉴。

采用连续光纤激光器在小模数齿轮齿面制备1 mm厚的Ni60合金涂层, 研究了激光工艺参数对熔覆层宏观形貌的影响以及齿面单道激光熔覆在不同激光功率密度下的熔覆层显微组织形貌以及元素成分。实验结果表明: 随着激光功率密度的增加, 熔覆层内部的柱状晶枝变多, 晶间组织的含量越少, 熔覆层与基材之间亮白色冶金结合带越发明显, 熔覆层表面的均匀性和连续性都有较大提高并且截面形貌发生改变。当激光功率密度为31.8 kW·s·cm-2时可以看出熔覆层冶金结合带区域与基材之间的孔隙基本消失, 熔覆层与基材之间的结合更加牢固, 过渡更加自然。通过调整激光工艺参数可以对小模数齿面镍基合金涂层的成形进行有效控制, 提高齿面镍基合金涂层的质量。

针对常用紧固件防腐工艺不能满足实际防腐需求的难题, 本文提出了基于激光熔覆技术的紧固件防腐新思路并进行了实验验证。实验采用了10种激光熔覆参数, 在镀铬和未镀铬45#钢棒材上制备了哈氏合金C22熔覆层。研究了熔覆层的微观形貌、稀释率、显微硬度及极化曲线。结果表明：熔覆层与基体结合良好, 无明显裂纹。在基体表面镀铬后再进行激光熔覆, 可有效降低熔覆层稀释率。熔覆层表面的显微硬度可达到320HV0.5, 高于基体硬度200 HV0.5。熔覆层具有较高自腐蚀电位Ecorr=-0.335 V和较低自腐蚀电流密度Icorr=2.133×10-6 A/cm-2, 可有效保护基体金属。激光熔覆技术应用于紧固件的防腐具有可行性。

本文以激光熔覆后机加工的方式修复空压机高速转子轴。熔覆过程中采取了一系列抑制基材升温的措施。控制扫描速度、送粉速度和保护气流量不变, 在不同激光功率和熔覆搭接率的条件下, 开展了多组单道和多道搭接熔覆实验并进行检测。结果显示激光功率600 W, 搭接率27.5%时熔覆效果最优, 熔覆层硬度HRC53-56, 与基体实现冶金结合; 熔覆过程基材温度始终维持100 ℃以下; 修复后经着色渗透探伤, 熔覆层无开裂、气孔等缺陷, 经动平衡检测及调整, 达到装机运行要求。

采用连续光纤激光器在小模数齿轮齿面制备1 mm厚的Ni60合金涂层,针对小模数齿顶较薄以及单道激光在齿轮中部能量过于集中易造成熔覆缺陷的原因进行分析,提出了采用双道激光在小模数齿面制备镍基合金涂层的方法,在保证激光总输入能量不变的条件下,将原有单束激光的能量按一定的能量配比方案分配到两个小光斑上,依次加工齿轮的齿顶和齿底。结果表明:采用双道1 mm 光斑按4∶6能量配比方案不仅减小了齿顶的烧蚀,还解决了齿轮中部能量过于集中的问题,涂层的稀释率显著降低,组织中含Fe、Ni的晶状奥氏体析出较少,富含Cr的粒状渗碳体析出较多,熔覆层组织整体的耐磨性和强度都优于单道激光熔覆层。双道激光熔覆工艺可显著提升小模数齿轮齿面镍基合金涂层的质量。