为提高TC4钛合金表面的综合性能，采用Fe35A合金为熔覆粉末在TC4钛合金材料表面进行激光熔覆加工试验，综合制备出耐磨复合涂层，并采用数字化测试设备研究分析其洛氏硬度、宏观形貌、几何形状等综合性能。试验结果表明：在工艺参数设置为激光功率2 300 W、扫描速度9 mm/s、送粉速率10 g/min的最佳熔覆参数下制备而成的熔覆层质量最佳，宏观形貌规整饱满，表面洛氏硬度值高达40.2 HRC，熔覆层表面均匀细致，实现了TC4钛合金表面高质量熔覆Fe35A合金涂层的效果。

针对高压隔离开关铜触头表面修复与改性的需求，以碳纳米管（carbon nanotubes， CNTs）为增强相，Cu为黏结相，通过激光辅助低压冷喷涂的方法在Cu基材表面制备了CNTs/Cu复合涂层。首先，采用化学镀铜的方式对CNTs进行表面金属化处理，以提高其密度并增强其与Cu黏结相的界面结合；然后，对喷涂距离、扫描速度、激光辐照功率等工艺参数进行优化；最后，利用能量色谱仪和扫描电镜等测试方法对复合涂层的微观特性进行分析。研究结果表明，当喷涂距离为15 mm时，涂层与基体的结合效果较好；随着扫描速度的增加，涂层内部具有相对较好的致密性，涂层/界面结合状态较好，涂层表面平整。随着激光辐照功率的增加，涂层厚度和宽度呈现先增加后减小的规律，并在800 W时涂层的厚度达到最高。由于激光的加热软化效应以及CNTs表面铜镀层的保护作用，CNTs能够均匀分散于复合涂层中且能保持结构的完整性。

为了研究激光对油气管道外防腐层剥离的可行性,以及漆层清除对基体性能的影响,采用短脉冲激光器对X65管线钢上的环氧树脂防腐层进行激光除漆实验。采用三维形貌测试仪对除漆后的表面进行测试,并使用扫描电镜与能谱分析仪对试样的表面和横截面进行测试分析。两个试样经不同工艺参数的激光扫描后,漆层基本全部剥离,基体表面呈现出密集的火山口形貌,表层以下出现了带状区和裂纹区;试样A、B表层以下带状区的厚度分别约为20 μm和10 μm,裂纹区厚度分别约为100 μm和90 μm,表层硬度均小幅提升。本研究所采用的激光参数既满足了钢管除漆的要求,又对表层起到了强化作用。管道激光除漆技术在技术上是可行的,值得深入研究。

采用YLS-3000光纤激光器开展了激光熔覆钴基高温合金实验,通过光学显微镜、显微硬度计表征了激光熔覆钴基高温合金的宏观形貌、显微组织和显微硬度。结果表明:由于激光熔覆过程前序熔覆对后续熔覆有预热作用,在不同激光熔覆参数作用下,熔覆层的宽度分别由起始的4.84,5.17,5.88 mm逐渐过渡到熔覆末尾的5.28,6.61,6.78 mm,激光熔覆区域的上表面形貌为喇叭形;由于激光熔覆的送粉方向和相邻的激光熔覆对基体的预热作用,激光熔覆形貌为非对称性月牙形;在表面熔覆层中心区域可观察到等轴晶,在内部熔覆层中部可观察到非均匀树枝晶。由于激光熔覆过程的非平衡凝固、不同区域的加热和冷却速度差异,熔覆层的硬度呈现非均匀性分布,且都高于基体硬度。

在同轴送粉的激光熔覆工艺中, 研究了激光功率和扫描速度对宏观形貌的影响规律。发现随着扫描速度的增大, 熔覆道初始段出现高度不均现象。使用加速度传感器对激光熔覆轨迹的振动进行测试, 提取加速度信号, 再通过数值积分获得振动速度。对速度图像进行分析, 发现机器人的初始速度大于设定速度, 速度超差导致熔覆层的高度不均。针对此现象提出解决方法, 在速度匀速区进行熔覆, 并实际验证了本方法的有效性。

损伤曲轴的激光熔覆修复是实现发动机高质量再制造的关键技术之一。为提高因磨损、擦伤和烧伤等缺陷导致报废的曲轴激光熔覆修复的稳定性与可靠性, 首先采用YAG固体激光器对磨损损伤曲轴主轴颈进行熔覆, 进而采用手持显微镜与扫描电子显微镜(SEM)相结合的方法对熔覆层周向与径向宏观形貌和微观组织进行观测分析, 利用显微硬度仪测试沿深度和表面母线方向的微硬度值, 利用X射线应力测试仪对熔覆层表面残余应力测试。最后, 对熔覆层与基体的过渡层、熔覆浅表层等熔覆质量较差的区域以及中间质量优化区进行量化表达, 为获得最佳质量工作表面的熔覆余量等参数的确定提供依据。研究结果表明, 微观组织沿深度方向呈平面胞状晶-胞状树枝晶-树枝晶和等轴晶变化, 沿母线方向存在组织细致的结合区, 熔覆层显微硬度较基体提高2.6倍, 表面残余应力为压应力, 其中沿扫描方向的平均残余应力值为-400.8 MPa, 垂直于扫描方向的平均残余应力值-278.5 MPa。

为了研究激光焊接对5 mm厚异种材料45#钢与40Cr钢焊接的接头组织性能影响,利用6 kW高功率激光器在不同参数下进行拼焊试验,采用佳能7D型单反相机拍摄焊缝表面宏观形貌,采用X-350A型应力测定仪检测垂直焊缝方向的表面残余应力,通过HXD-1000型显微硬度计检测焊缝深度方向的显微硬度。结果表明: 相对其余情况,焊接速度为1.2 m/min时,焊缝表面形貌形状饱满,气孔等缺陷少,表面质量最好;离焦量为-2 mm,热输入量为210 J/mm时焊缝区出现高而窄的压应力分布,最大值为-187 MPa,能有效提高焊缝疲劳性能;离焦量为-2、-4 mm和0 mm三种情况时焊缝区整体显微硬度都比母材区高,并且离焦量为-2 mm时硬度分布最好,呈平缓减小趋势,最大值为38 HRC,比母材平均值高出14 HRC。选择适当的激光焊接参数能有效的改善45#钢与40Cr 钢焊接接头组织性能。

通过特殊设计的电路及作用线圈制作了交变磁场发生装置,并用其研究了不同磁场强度对激光熔覆铁基涂层宏观形貌和显微组织的影响。基于电磁学及金属凝固原理，揭示了激光熔覆涂层的固化过程和磁场诱发熔覆涂层柱状树枝晶向等轴晶转变的主要机制。实验结果表明：在交变磁场作用下，熔池金属液表面产生的趋肤效应和交变电磁力使凝固后熔覆层的表面形态呈波浪式，熔高和横截面积均随磁场电流的增加而减小，但熔宽变化不大。熔池内部产生的电磁力驱动熔体流动使树枝晶熔蚀和机械折断，游离的破碎枝晶成为新的形核核心，增加了形核率，从而促使熔覆层顶部组织由树枝晶向等轴晶转变。随着磁场电流的增加，等轴晶区扩大，但涂层底部的组织变化不明显。