TC4双相钛合金在相变温度附近易发生β相变及有序化转变，在激光熔覆过程中多次热循环作用会导致组织发生复杂转变。针对TC4钛合金激光熔覆组织力学性能不均匀问题，采用热模拟试验机，对TC4钛合金进行了热循环测试，探究了热循环的峰值温度、冷却速率对其组织转变及力学性能的影响。结果表明：在快速升温的热循环条件下，当峰值温度低于960 ℃时，材料内部发生组织粗化，随着温度的升高，一次相长宽比增大；当峰值温度达到1100 ℃时，晶界处亚稳β相发生同素异构转变和有序化相变，生成Ti₃Al有序相，一次相长宽比减小，组织细化，硬度和裂纹敏感性显著增加；当冷却速率增加时，相变类型由亚稳β相的同素异构转变为马氏体型，一次相形貌由层片状转为针状，材料硬度逐步趋于稳定，但当冷却速率大于12 ℃/s时，由于Ti₃Al的生成，材料硬度略微升高，剪切试验测得材料脆性增加。

采用等离子喷涂法在碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiCf/SiC-CMCs)表面制备了Si/(Yb1-xYx)2Si2O7/LaMgAl11O19(x=0、0.5)热/环境障涂层(T/EBCs)体系。通过SEM、EDS和XRD等测试方法研究了不同组成的T/EBCs体系在1 300 ℃下的热循环性能和抗水氧腐蚀性能, 进而探讨了热循环失效和水氧腐蚀失效机理。结果表明, 在T/EBCs体系中, Si/Yb2Si2O7/LMA涂层体系的热循环寿命为403次, 抗水氧腐蚀性能为50 h, Si/YbYSi2O7/LMA体系的热循环寿命降低至277次, 而水氧腐蚀性能提高至80 h。YbYSi2O7与LMA之间较大的热失配应力以及层间含Al化合物或固溶体的生成是Si/YbYSi2O7/LMA热循环寿命降低的主要原因; YbYSi2O7-EBCs层较少的杂质氧化物减少了与水反应生成挥发性物质的几率, 提高了Si/YbYSi2O7/LMA的抗水氧腐蚀能力。

热源类型、工艺参数及产生的温度场分布、热循环特性等对激光熔覆成形件组织和性能有重要影响。中空环形激光熔覆技术因其采用光内送粉,具有光粉全程耦合、粉末集束性好、熔池温度分布均匀等特点,利于获得表面光洁、组织性能良好的成形件。为深入研究熔覆过程中的温度场特性及其对组织性能的影响规律,构建了中空环形热源数学模型,获得其理论解析式,其后通过测定熔池尺寸以及光斑尺寸确定模型参数,最后利用ABAQUS软件模拟中空环形热源移动时的温度场分布及热循环曲线。结果表明,实验测试的温度场分布与模拟分析一致,热循环模拟曲线也与实测值高度吻合,由此可得该中空环形热源模型有较好的精度和适用性。

在30CrMnSiNi2A高强钢基体上进行多层激光熔覆,研究各层熔覆热循环对基体组织与力学性能的影响。结果表明:在组织方面,熔覆盖面层时均对基体重新淬硬,由于已沉积熔覆层会吸收激光热量,故基体淬硬深度会随着层数的增加而逐渐减小,淬硬深度减小至对基体不能完全奥氏体化时,出现了不完全淬硬现象;继续增加熔覆层数,熔覆层不再重新淬硬基体,产生了回火作用。多层熔覆时每一层均对基体有回火作用,随着层数的增加,基体马氏体板条束间残余奥氏体首先分解,接着碳化物逐渐析出,马氏体板条粗化变宽、块状化,直至板条状马氏体特征消失,完全转变为索氏体组织。在力学性能方面,随着层数增加,基体热影响区试样变化趋势为抗拉强度逐渐降低、冲击韧性逐渐升高。由于激光快速加热,首层熔覆对基体回火残余奥氏体分解不明显,次层或后续层熔覆对基体残余奥氏体产生明显的分解作用,故残余奥氏体相减少,造成拉伸延伸率、冲击韧性均略有降低。随着熔覆层数增加,基体热影响区拉伸延伸率增加,拉伸断裂沿高温回火区启裂、扩展;熔覆层数继续增加,直至对基体产生不完全淬火时,拉伸断裂可分别在不完全淬火区、高温回火区多点启裂、扩展,拉伸塑性变形协调性下降,造成基体热影响区试样延伸率显著下降。

采用高沉积率激光熔覆沉积技术制备了GH4169合金试样, 研究了沉积率为2.2 kg/h时GH4169合金的微观组织和拉伸断裂机制。结果表明：高沉积率激光熔覆沉积GH4169合金沉积态试样的析出相主要包括Laves相、针状δ相及不均匀分布的γ″和γ′强化相。拉伸测试结果表明, 沉积态GH4169高温合金的塑性和强度均低于锻件标准。

利用激光成型技术制备了Fe基合金样品,研究了激光扫描速度对成型的Fe基合金组织与晶化行为的影响。结果表明,在一定激光功率下,随着扫描速度的增大,熔化区和热影响区内均发生了大面积的晶化,熔化区内的析出相的形貌和尺寸未发生明显的变化,而热影响区内的析出相的尺寸不断减小。采用Marc有限元软件模拟了激光快速成型过程,得到了各扫描速度下合金的熔化区和热影响区内的热循环曲线,分析了Fe基合金未能获得非晶相的原因。

制冷型InSb红外焦平面探测器工作时需降温至低温(80 K)，器件在整个生命周期会经受从常温(300 K)到低温(80 K)的上千次高低温循环。针对该型探测器开展了高低温循环特性试验，测试和分析了上千次高低温循环过程中器件光电性能、杜瓦热负载和J-T制冷器特性的变化。试验结果表明，探测器可以经受至少2 000次高低温循环,并且探测率变化的幅度≤5.5%、响应率变化的幅度≤4.8%、盲元数未发生增加。研究结果为器件的工艺研发和改进提供了参考。

激光立体成形技术是一项基于同步送粉激光熔覆的先进制造技术。激光立体成形和修复过程中沉积层、热影响区以及基体材料组织、性能的差异将对最终零件的性能, 尤其是疲劳性能产生重要影响。为改善基体、热影响区(HAZ)的组织、性能差异, 针对TC4合金, 提出在激光沉积前对基材表面进行多次激光重熔扫描预处理, 从而优化基材热影响区组织性能。基于此, 通过研究不同工艺条件下, 多次激光重熔处理对热影响区组织性能的影响。结果表明: 首先, 多次激光重熔将引起的基材热影响区总体冷却速率下降, 从而有效的消除热影响区的急冷组织; 其次, 重熔处理产生的多次热循环对基材热影响区的时效处理对于热影响区的组织、性能(硬度)也有一定的影响。通过在多层沉积前对基材进行适当的激光多次重熔扫描处理有效改善了沉积区、热影响区以及基材性能的大幅波动, 实现了均匀渐变。

卫星工作时，由斯特林机致冷的HgCdTe中长波红外探测器会经受从-173℃以下到常温的成千上万次温度 循环.由于不同材料的热膨胀系数(TEC)不匹配，这样就会造成电极封装的疲劳和失效，进而影响卫星的正常工 作.利用中科院上海技术物理研究所研制的温度循环设备TCE-a，模拟了真空环境下的斯特林制冷机的开关机模 式，发现了In焊凸点的两种失效模式.运用有限元方法，对In焊凸点的失效进行了力学分析.

基于有限元软件SYSWELD平台,建立激光熔凝三维有限元模型,编制宽带热源的FORTRAN子程序,采用不同的工艺参数对42CrMo钢表面的单道激光宽带熔凝区的组织和残余应力进行数值计算与分析。测定了激光熔凝表层的热循环曲线,利用扫描电镜(SEM)观察熔凝区相变。结果表明,工艺参数对熔凝区残余应力分布状态影响较大,激光线能量密度(ρE)过高或过低,均影响熔凝层的表面成型质量; 当激光束输出功率为3500 W,扫描速率在600～1000 mm/min时(即ρE=20.9～35.0 J/mm2),熔凝区可获得有利的残余压应力分布。42CrMo钢母材组织为铁素体+珠光体,经激光处理后,熔凝区组织转变生成的马氏体相比例高达95%以上。