在对K4169合金母材进行修复前采用不同的工艺进行热处理，以获取两类不同的显微组织，然后对比分析了母材的显微组织分和力学性能，并系统研究了修复试样热影响区液化裂纹的敏感性和产生机制。研究结果显示：在均匀化固溶时效条件下，母材主要由Laves相、δ相以及碳化物组成，修复试样母材与热影响区的平均显微硬度分别为220 HV和210 HV，修复试样的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为870.7 MPa、618.9 MPa和7.7%，断裂位置位于母材。在均匀化热等静压固溶时效条件下，母材主要由δ相以及碳化物组成；修复试样中存在裂纹，裂纹分布在母材一侧，横截面上裂纹的平均长度可达0.68 mm，最大裂纹长度为0.72 mm；热影响区液化裂纹的发生与母材的组织成分、晶粒度密切相关。相较之下，均匀化热等静压固溶时效合金修复试样母材与热影响区的平均硬度都较低，分别为210 HV和200 HV，Laves相和δ相的含量对母材和热影响区的显微硬度均有影响，抗拉强度和屈服强度分别降低了20.3%和38.4%，但延伸率有所升高，断裂位置在热影响区。两种试样都未断在修复区，这是因为修复区的晶粒更细，产生了细晶强化作用。

采用GH4169合金粉末对GH738合金进行激光沉积修复研究，分析了沉积态和时效热处理态试样的显微组织特征、显微硬度分布及摩擦磨损性能。研究表明：沉积态试样的修复区底部组织为柱状枝晶，修复区中心和修复区顶部组织由柱状枝晶和等轴枝晶组成，修复区枝晶间分布着富含Nb元素的Laves相；相比于基体，热影响区中的γ′相数量减少并呈现粗化趋势，MC碳化物发生分解生成M₂₃C₆碳化物。时效热处理后，修复区组织形成了新的晶界，部分Laves相发生碎化，γ′和γ″强化相析出且分布均匀。沉积态试样修复区的平均硬度约为291 HV，热处理态试样修复区的平均硬度约为461 HV，热处理态试样修复区的平均硬度要高于基体。热处理态试样修复区的平均摩擦系数约为0.40，基体的平均摩擦系数约为0.51，修复区的耐磨性能优于基体。修复区的磨损机理为磨粒磨损，基体的磨损机理为磨粒磨损和黏着磨损。

采用光纤激光器对ZL114A铸造铝合金进行激光沉积修复实验研究。修复区与基材形成良好的冶金结合。受温度梯度与凝固速度控制, 由修复区底部到沉积层表面, 显微组织呈现由柱状树枝晶向等轴晶的转变。拉伸试验结果表明: 激光沉积修复样品具有良好的拉伸性能, 修复区的抗拉强度达到了铸件标准的87.5%, 断后伸长率远高于铸件标准。ZL114A合金基体的断裂机制为脆性断裂, 而修复区为韧性断裂。激光沉积修复样品的残余应力峰值出现在基材与修复区结合处, 经去应力热处理退火后, 残余应力略有消减, 最大值降幅为10%~23%。

针对TC17钛合金薄壁零部件边缘损伤修复需求, 采用TA15钛合金粉末对TC17钛合金损伤试样进行激光沉积修复试验, 通过优化工艺参数, 获得了较小熔深、无缺陷的修复试样; 研究了激光沉积修复试样的显微组织特征、室温拉伸性能及硬度分布。结果表明: TA15修复区组织为粗大的原始柱状β晶, 晶粒内为α/β网篮组织, α片层取向随机; 相对于TC17基体, 热影响区α片层组织出现了细化现象, 长宽比有所降低, 但α片层宽度明显减小; 修复试样室温抗拉强度达到TC17锻件的90.2%, 比TA15锻件高10.6%, 断后延伸率为4.3%, 略低于TC17和TA15锻件; 热影响区的显微硬度略高于基体和修复区, TA15修复区的显微硬度低于TC17基体的硬度, 高于TA15锻件硬度。

通过正交试验研究了激光功率、扫描速度、送粉速度对GH738合金激光沉积修复单道熔高、熔宽、熔深等特征尺寸的影响规律, 优化了工艺参数, 获得无缺陷显微组织; 分析了多道多层沉积试样熔合不良、裂纹等缺陷产生的原因及组织、硬度分布特点。结果表明: 沉积区呈典型的外延生长柱状枝晶, 枝晶间析出少量碳化物; 相对于基体, 热影响区碳化物明显减少, 同时热影响区γ′相尺寸明显增大; 沉积区硬度为350～470 HV0.3, 热影响区硬度为450～480 HV0.3, 均明显低于基体硬度480～510 HV0.3; 且沿沉积高度方向硬度逐渐降低。

在航空航天等领域, 针对各类磨损和损伤零件的激光沉积修复技术具有重要的经济价值。对于曲面外形零件的等厚修复, 如采用平面切片扫描轨迹方式, 将难以保证目标外形的整体质量。提出一种包络曲面外形的扫描轨迹生成算法: 首先求解出一条测地线作为参考曲线, 然后迭代求解参考曲线的若干条平行曲线, 最后将所有相邻曲线首尾相连, 从而构成一条蛇形往复扫描轨迹。并通过算法程序编写、实例测试和应用试验, 验证了该算法的合理性、准确性和实用性。

对GH738镍基高温合金贯通槽式损伤试样进行激光沉积修复, 分析了修复试样的显微组织及室温拉伸性能。结果表明：激光沉积修复区组织为典型的外延生长柱状枝晶, 枝晶垂直于基体, 并趋向激光沉积高度方向贯穿多个沉积层连续生长, 修复区中心的枝晶取向出现了较大偏转; 修复区内未发现γ′相, 且碳化物含量较少, 枝晶干上主要为富含Cr、Co的颗粒状M23C6型碳化物, 枝晶间存在少量尺寸相对较大的立方体MC型碳化物, 其Ti、Mo含量较高。相比于基体, 热影响区中γ′相的尺寸明显增大, 部分尺寸超过了200 nm, 平均间距明显增大; 热影响区内的碳化物含量减少, 且部分碳化物发生分解。激光沉积修复试样的室温抗拉强度为锻件的78.2%, 断后伸长率为锻件的69.2%。

采用有限元方法模拟研究了基体预热下多道多层激光沉积修复GH4169合金温度场和残余应力的分布及变化规律。结果表明, 基体经300 ℃预热后, 修复区温度梯度明显减小; Von Mises 热应力最大降幅为13.2%, x方向热应力最大降幅为12.9%, y方向热应力最大降幅为20.1%。进行了在相同条件下激光沉积修复试验和应力测试, 残余应力模拟结果与测试结果最大误差为8.6%, 表明模拟与测试结果是基本吻合的。

为了研究激光沉积技术修复ZL114A铝合金构件的工艺及性能, 采用多参数组合激光沉积工艺实验制备了单道单层试样, 在分析了其表面形貌、气孔等缺陷产生的原因的基础上, 得到了一组相对优化的工艺参数, 制备了无缺陷的块状修复试样, 并对试样进行了组织分析及硬度检测。结果表明: 铝合金修复试样修复区与基材形成良好的冶金结合, 沉积层底部为以熔池边缘为起点外延生长的柱状树枝晶, 且一次枝晶间距18.38 μm, 二次枝晶间距9.55 μm, 在沉积层顶层顶部出现α-Al柱状枝晶转变为等轴枝晶现象。层带区域Si相脱溶析出并趋于粒状化。由于晶粒细化和固溶强化作用, 沉积区显微硬度较基材提高25.8%。