针对传统气压砂轮存在磨粒容易脱落，加工效率低等问题，提出了制备渐进式黏磨层气压砂轮的方法。该方法基于分层渐进抛光的思想，在砂轮头表面涂覆多层不同厚度和目数的黏磨层。利用磨粒脱落量及表面加工质量实验确定不同黏磨层光整加工所需时间及厚度， 制备了渐进式黏磨层气压砂轮， 研究了砂轮头的几何精度和加工工件的表面质量。结果表明: 渐进式黏磨层气压砂轮不同黏磨层磨粒目数分别为180#、120#、80#，其厚度分别为2 mm、0.21 mm、0.3mm，各层厚度均符合设计要求，误差在5%以内。在加工过程中，外层黏磨层能在理想时间逐层有效脱落。当下压量为2 mm、磨削转速为1 250 r/min时，渐进式黏磨层气压砂轮能够完成初期光整加工且效率提高19%以上。实验显示: 提出的方法大幅提高了激光强化表面光整加工效率和自动化程度。

为满足模具行业对激光强化设备的需求, 研制了一台多轴激光强化机床。在普通三轴数控机床基体的基础上, 对原机床主轴部位进行改进, 加入两个旋转轴、激光器及CCD观察系统。采用激光干涉仪对机床运动轴的定位精度和重复定位精度进行测量和补偿, 分析机床各运动轴的运动和激光加工的特点, 结合UG NX后处理编辑工具对多轴激光强化机床的后处理进行了理论分析和实验验证。结果表明, 补偿后机床的定位精度不大于0.05mm, 重复定位精度为±0.02mm。根据现有模具, 运用研制的UG NX后处理进行编程, 导入到机床中, 实现了激光表面强化处理。这一结果证明了试验激光加工机床及后处理的可行性, 对普通机床升级到激光加工设备是有帮助的。

采用正交实验优化了激光加工导轨试样的工艺参数，用光学显微镜、扫描电镜和显微硬度计对试样进行了显微组织分析和硬度测试，并在油润滑下与常规处理试样进行了磨损性能对比试验。结果显示，电流对硬化深度影响最显著，然后依次为扫描速度、脉宽和频率，优化后的激光加工参数：扫描速度为0.25 mm/s，电流为150 A，脉宽为10 ms，频率为7 Hz。激光加工试样熔凝区分布有球状石墨，相变区晶粒尺寸较熔凝区更细小，分布更均匀；硬度较常规处理有显著提高，其分布无变化梯度。当循环次数达38000时，激光加工试样较常规处理试样耐磨性提高约1倍。

研制开发了轧辊表面激光毛化/强化组合系统, 此系统由IPG 5000光纤激光器、毛化系统、强化系统、加工机床和控制系统组成, 采用了斩光盘、棱镜组合以及振镜技术, 解决了激光强化和激光毛化功能的集成以及无序毛化等难点问题。结果表明: 此系统精度高, 性能稳定、可靠; 适用于直径小于800 mm, 长度小于5 500 mm轧辊或长度小于5 500 mm平面工件的激光毛化和激光强化。

提出了一种计算大型、具有复杂曲面的汽车覆盖件冲压模具应力的计算方法, 并预测模具的失效部位, 对模具表面进行激光强化处理。所提出的方法解决了在通用有限元软件中模具为变形体所造成的计算应力不准确的问题。首先通过冲压软件DYNAFORM模拟板料的成型过程, 计算得到了板料上每个节点的位移, 然后将该位移作为位移载荷施加于模具之上, 在ABAQUS中计算得到冲压时模具表面所受到的应力。计算得到的应力值超过模具材料许用拉应力所在的区域为模具失效区域, 与模具实际磨损失效的区域位置分布及形状一致。

采用溶胶-凝胶法制备得到含有TiO2、BN和C的复合粉末, 将其预置在45钢基体表面, 然后通过激光强化原位制备出含有TiN和TiB2颗粒的强化涂层。利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪对涂层组织、成分和物相进行了分析, 并测试了涂层显微硬度。结果表明, 强化涂层与基体结合良好, 涂层中无裂纹、气孔等缺陷, 原位生成的颗粒状TiN和须状TiB2均匀分布在强化层中。涂层最高硬度达到956 HV0.1, 显著地提高了45钢的硬度。

采用Nd:YAG激光对预置有溶胶凝胶法制备的TiO2/C混合粉末的45#钢表面进行激光强化实验，制备TiC增强强化涂层。研究了激光工艺参数以及TiO2/C的成分配比对强化层生成物相的影响，探寻生成TiC的最佳工艺组合和粉末材料的成分配比。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）测试方法对激光强化样品进行物相、显微组织以及元素分析。结果表明，能生成TiC的最佳工艺组合为激光电流250 A，脉冲频率18 Hz，脉冲宽度2.5 ms，扫描速度为50 mm/min，TiO2与C的物质的量比为15。在上述工艺条件下，可在45#钢表面原位合成TiC增强相，并获得TiC颗粒均匀分布的强化涂层。

激光强化工程应用对硬化层深度、宽度和均匀性等强化参数有明确要求，激光强度空间分布是影响硬化层均匀性的重要因素。针对二维点阵光斑的强度空间分布提出一种半定量的数学模型，从均匀温度场出发，使每个小光斑处其余小光斑对其能量贡献相等，从而求出各个小光斑的强度比。给出3×3和5×5点阵分布光斑情形下激光强度空间分布的反求算例。使用有限元模拟和实验结果对此反求算法进行了验证。结果表明，此反求算法得出的二维点阵空间强度分布优化了硬化层均匀性。

为了探索脉冲激光强化镀层的规律,采用误差反向传播神经网络对脉冲激光参量与镀层形貌(强化层深度、宽度及熔化状态)之间的关系进行建模,并选取带动量的自适应学习率算法对网络进行改进,以增加网络稳定性,提高训练速度与精度。结果表明,该网络模型对激光处理后镀层形貌的预测值与实际值接近,其相对误差在±8.33%以内,可以有效地对激光强化镀层形貌进行预测。该方法为探索脉冲激光强化镀层的规律提供了一条新的途径。

在H13钢表面通过纳米复合镀(NCP)的办法预置纳米Al2O3镀层,然后通过高功率连续CO2激光处理预置表面,采用扫描电子显微镜(SEM)观察了镀层处理前后表面及截面形貌,利用X射线能谱(EDS)仪、X射线衍射(XRD)仪对处理前后的镀层进行了元素分析和物相分析,测试了处理前后镀层显微硬度及磨擦系数的变化。结果表明,激光处理后,强化层表面平整光滑,与基体形成冶金结合,成分均匀,组织细密。纳米Al2O3颗粒均匀分布在强化层表面,强化层显微硬度为原镀层的1.5～1.8倍,强化层摩擦系数约为镀层的1/2,基体的1/3。强化层和基体的表面主要以磨粒磨损为主,而纳米复合镀层则是磨粒磨损和黏着磨损综合作用的结果。