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。

为了提高316L基材的耐腐蚀性能, 延长其在海洋环境下的使用寿命, 采用激光熔覆技术在316L不锈钢上制备出具有不同含铜量的Ni-Cu-WC的熔覆层, 利用扫描电子显微镜、能谱仪、显微硬度计、电化学工作站对熔覆层的显微组织、显微硬度及耐腐蚀性能进行测试并分析其腐蚀行为。结果表明, 熔覆层与基材结合状况良好, Cu元素的加入部分抑制了碳化物增强相的形成而导致熔覆层的硬度有所下降; 同时熔覆层中的Cu元素可以有效提高其在海水中的耐腐蚀性, Cu质量分数为0.1时,抗腐蚀性能最佳, 在NaCl溶液(质量分数为0.035)中的腐蚀电位提升至-0.864 V, 腐蚀电流密度降低至0.1049 μA/cm2。此研究为后续激光熔覆制备耐海水腐蚀涂层提供了理论参考依据。

激光选区熔化（SLM）成形316L不锈钢的内部残余应力是影响成形件力学性能的关键因素之一。考虑到重熔回火效应对残余应力的影响规律，笔者提出了成形件“层间激光重熔”的成形方式，针对性研究了层间重熔对SLM成形件内部残余应力的影响。利用有限元软件Abaqus建立成形过程的三维瞬态仿真模型，模拟了间隔1~10层重熔与未重熔成形件内部残余应力的变化规律，并通过实验研究了间隔2、5、10层重熔与未重熔成形件的内部残余应力、显微组织、表面形貌、抗拉强度、冲击韧性及显微硬度。结果表明：层间激光重熔在重熔层及其相邻层产生的回火效应有利于降低成形件内部的残余应力，使力学性能得到改善。当重熔间隔为2层时，成形件内部残余应力的测量值和模拟值分别较未重熔样件降低了77.1%和70.6%，同时成形件的抗拉强度达到702.99 MPa，相较于未重熔样件提高了6.2%；冲击吸收功达到209.5 J，相较于未重熔样件提高了11.97%；显微硬度达到391.8 HV，相较于未重熔样件提高了6.35%。分析认为，采用层间激光重熔方式可以显著降低成形件内部的残余应力，提高成形件的力学性能。

为了探究复合热源对T4003铁素体不锈钢焊接特性的影响, 采用光纤激光-电弧复合焊接研究了工艺参数对接头形貌和组织性能的影响规律, 优化了工艺参数, 重点分析了焊缝金属和热影响区-40 ℃低温冲击韧性和提升机理。结果表明, 在优化参数下, 复合接头性能优异, 拉伸试样均断裂于母材, 抗拉强度为530 MPa, 且180°横向正弯和背弯试验中均未发现裂纹; 焊缝金属平均冲击吸收功为50 J, 略高于常规电弧接头, 但是热影响区平均冲击吸收功提升显著, 达到32 J, 为电弧接头的3倍, 提升的主要原因在于激光-电弧复合焊接的低热输入降低了热影响区粗晶区晶粒尺寸; 冲击断口形貌表明, 复合接头焊缝金属在终断区尚未出现韧脆转变, 仍然以韧窝为主, 但是热影响区在中部扩展区出现明显的准解理形貌, 开始出现韧脆转变。该研究促进了激光-电弧复合焊接在铁素体不锈钢中的应用。

针对激光选区熔化（SLM）成形件表面粗糙度较高这一问题，笔者基于SLM分层加工原理，以台阶效应、粉末粘附和翘曲变形为主要影响因素，建立了下倾斜面粗糙度的预测模型。选用SLM成形316L不锈钢零件作为研究对象，测量其下倾斜面的粗糙度，并将粗糙度的测量值与预测值进行对比分析。实验结果表明：熔道搭接与台阶效应相结合、粉末粘附现象的等效变换以及翘曲变形后角度变化这三种建模思路是可行的；粗糙度预测模型的主要参数为倾斜角度和切片层厚；等效长方体的正方形截面的边长为11.2 μm时，粗糙度模型的预测值与测量值吻合得最好；倾斜角度为90°时误差最大，粉末粘附现象是产生较大误差的主要原因。

为了研究不同的扫描模式对激光选区熔化（SLM）成形质量的影响，采用自主研发的双激光同步扫描激光选区熔化设备，在单激光扫描、双激光低功率同步扫描、双激光高速同步扫描模式下制备了316L不锈钢样件，对比了三种模式下的成形质量，分析了三种模式下飞溅形态、熔池形貌以及样件力学性能的差异。结果表明：采用双激光低功率（110 W）同步扫描时，由反冲压力引起的飞溅增多，熔池尺寸均匀且排列整齐；随着单束激光功率从95 W提升至120 W，样件的致密度从98.91%提升至99.32%；样件的微观组织主要由宽度为0.65~0.75 μm的柱状亚晶与等轴亚晶组成。采用双激光高速（2000 mm/s）同步扫描时，熔池深宽发生较大变化，搭接率由单激光扫描时的30%提升至50%以上，柱状亚晶的平均尺寸由单激光扫描时的0.50 μm降到0.35 μm。两种双激光同步扫描模式下成形样件的力学性能与单激光扫描模式下的相当，致密度达到99%以上，抗拉强度均超过720 MPa，延伸率超过40%。双激光高速同步扫描使得成形效率相较单激光扫描提升了一倍，为大尺寸激光选区熔化设备的扫描策略设计提供了新思路。