激光定向能量沉积（LDED）是受损大型关键构件几何特征修复和性能强化的典型修复技术，但其目前仍面临残余应力、孔洞和裂纹等问题。激光冲击强化（LSP）为解决以上问题提供了新思路。笔者以H13钢粉作为待沉积粉末，采用LDED技术对受损的45钢基体进行修复；然后利用LSP后处理强化LDED修复层，以解决传统LDED修复材料的质量问题。结果表明：随着LDED激光功率增大，H13钢修复层的晶粒逐渐细化，渗碳体溶解，耐磨性提升；LSP后处理会使修复层近表层的晶粒明显细化，显著降低LDED修复试样的摩擦因数，进一步提升其耐磨性。最后，笔者系统揭示了LDED+LSP激光复合再制造工艺诱导的微观组织演化（晶粒细化和渗碳体溶解）及其增强修复层耐磨性的机制。

激光能量场表面热处理是提升金属零件表面性能、延长其使用寿命的重要技术手段之一。近30年来，国内外对该技术展开了大量研究。相较于传统的表面热处理技术，激光能量场表面热处理具有更加高效、精准和清洁的优势。本文首先探讨了激光能量场表面热处理技术的优劣以及模拟过程中温度、流体和相场的多物理场方程，接着综述了激光表面淬火、激光重熔、激光表面合金化、激光熔覆和激光冲击喷丸等5种典型激光能量场表面热处理技术的研究现状，然后根据工程应用需求对改善零件表面耐磨性、耐蚀性和残余应力的研究结果进行了总结，最后展望了激光能量场表面热处理未来潜在的研究方向。

以钻头W6Mo5Cr4V2高速钢为研究对象，分别以圆形与方形两类光斑实施激光熔覆，制得TiAlSiN涂层，比较涂层组织形态和力学性能特点。研究结果表明：涂层中存在BCC相与部分MC相，激光熔覆后生成了(Fe, Cr)固溶体。涂层中形成明显的胞状晶粒与许多弥散分布的细小颗粒物，方形光斑涂层形成许多不规则的树枝晶与颗粒形态的碳化物，提升了涂层均匀性。圆形光斑与方形光斑涂层达到比基体更大的硬度，方形光斑涂层比圆形光斑硬度更大，整体分布形态也更加均匀。圆形光斑涂层平均摩擦因数为0.72，方形光斑涂层平均摩擦因数为0.56；圆形光斑涂层呈现明显的黏着磨损特征，方形光斑涂层主要表现为磨粒磨损的特征。

为研究激光功率对锡基巴氏合金熔覆层组织和性能的影响, 利用800 W、1 000 W、1 200 W激光功率在20钢表面制备锡基巴氏合金熔覆层。利用金相显微镜(OW)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、摩擦磨损试验机分别对熔覆层的组织形貌、结合区形貌、摩擦学性能进行研究。结果表明, 随着激光功率的增大, 熔池的温度升高, 冷却速率降低, 硬质点颗粒SnSb的颗粒粒径随激光功率的升高逐渐增大。当激光功率较低时, SnSb颗粒尺寸较小, 分布均匀。随着激光功率的升高, SnSb相尺寸增加, 数量减少, 降低了熔覆层的硬度和耐磨性。当激光功率为800 W时, 熔覆层的显微硬度最大, 为35.7 HV, 平均摩擦因数为0.257, 磨损机制为磨粒磨损和表面疲劳磨损。

激光熔覆高熵合金涂层已成为表面工程领域的研究热点之一，本文系统研究了不同含量WC（WC质量分数为10%~60%）对激光熔覆FeCoNiCr高熵合金涂层组织结构以及耐磨性、耐蚀性的影响规律。添加10%~60%WC颗粒制备的高熵合金复合涂层的成形质量均较好，未出现裂纹等缺陷。随着添加WC颗粒的质量分数由10%增加到60%，涂层由FCC单相结构向FCC、WC、W₂C和Co₄W₂C等多相转变，显微组织由顶部等轴晶、底部柱状晶向树枝晶转变，块状和鱼骨状含碳相析出且其含量逐渐增加；添加60%WC颗粒后含碳析出相的面积占比可达64.18%。涂层横截面的平均显微硬度和耐磨性随着WC添加量的增加而显著提升，添加60%WC的高熵合金涂层的显微硬度最高（为501 HV0.2）且耐磨性最佳（摩擦因数为0.472），相对于未添加WC颗粒的高熵合金涂层的显微硬度（175 HV0.2）提升了约186%且耐磨性提高了233%。另外，随着WC颗粒的加入，具有较高耐蚀的面心立方相减少，同时WC在电化学过程中与黏结相形成了原电池。因此，高熵合金复合涂层的耐蚀性随着WC含量的增加而逐渐降低。

为实现耐磨性、耐蚀性、抗开裂性能的良好平衡，采用激光熔覆制备了4种不同元素配比的Fe‐Cr‐C‐Si‐Ni‐Mo‐Mn‐（Nb，V）复合涂层。4种铁基涂层的组织均为马氏体基体、晶间M₃C/M₂₃C₆型碳化物和晶内MC型碳化物的组合，最优涂层在此基础上以残余奥氏体作为马氏体与晶界碳化物的过渡区。4种涂层的硬度均超过了基体42CrMo的两倍，且均高于600 HV。摩擦磨损试验结果显示，4种涂层的磨损量相较于基体降低了70%以上；1500 h的盐雾腐蚀测试结果表明，4种涂层的腐蚀失重均低于基体，其中最优涂层失重仅为0.25 g；进一步的电化学腐蚀试验结果表明，最优涂层的腐蚀电流密度低至0.017 mA/cm²，表现出最佳的耐蚀性。最优熔覆涂层通过晶界碳化物和残余奥氏体的平衡以及晶内碳化物的弥散强化，获得了适中的抗开裂性能以及耐磨性和耐蚀性，有望应用于多种工程机械零部件表面。

为提高ER9车轮材料的表面强度和耐蚀耐磨性，延长车轮的服役寿命，本团队选择在激光熔覆中应用最广泛的铁基、镍基和钴基三种自熔性合金粉末为熔覆材料，在ER9车轮钢表面进行激光熔覆试验。通过相关试验评价熔覆层的微观组织、力学性能、摩擦磨损性能和耐蚀性。结果表明：车轮钢表面激光熔覆层的显微组织均为枝晶组织和共晶组织，且组织致密均匀，与基体实现了良好的冶金结合。熔覆层的硬度显著提升，镍基合金熔覆层具有良好的拉伸强度和冲击韧性，断口呈韧性断裂特征；钴基和铁基合金熔覆层的断裂方式为脆性断裂，力学性能差异不明显。相较于基体，熔覆层具有较低的摩擦因数、磨损率与更优的耐蚀性，其中钴基合金熔覆层的硬度较高（显微硬度相比基体提高了72.8%），耐磨性最优（摩擦因数为0.31，磨损量为4 mg和磨痕深度为10.70 μm），耐蚀性最好（阻抗值比基体高2个数量级）。镍基熔覆层磨损面较为粗糙且磨损率较大，减磨效果不佳，硬度和强度较弱；尽管相比铁基涂层，钴基涂层的耐磨性和耐蚀性显示出了一定优势，但前者的工程成本较低，综合效果更好。

为研究相对较低含量(质量分数≤15%)碳化钨镍基合金涂层中碳化钨对涂层性能的影响, 采用激光熔覆技术在316L不锈钢基体上制备了不同碳化钨含量镍基碳化钨复合涂层, 表征其组织形貌, 同时对比分析不同碳化钨含量复合涂层的硬度、耐磨性。结果表明, 涂层熔道顶部搭接处存在明显的分界线, 分界线上侧为细小等轴晶, 下侧为粗大的柱状晶; 碳化钨颗粒周围微熔形成析出物, 同时在熔池底部有聚集趋势, 且随碳化钨含量增大聚集趋势增大; 镍基复合涂层硬度和耐磨性随添加碳化钨含量增大而提升, 15%质量分数碳化钨复合涂层相较于纯镍熔覆涂层硬度提高约12.88%, 摩擦因数降低约19.62%, 磨痕形貌显示低含量碳化钨复合涂层中硬质颗粒的耐磨支撑作用相对较弱, 复合涂层整体硬度提升是耐磨性能增强的主要因素。

为了解决石油钻杆表面受交变载荷冲击导致的失效问题, 同时获取更高质量的耐磨涂层, 采用高速激光熔覆设备, 以JG-3铁基合金作为熔覆粉末, 在20CrMo钢表面制备合金涂层。以激光功率、扫描速度以及送粉速度为优化变量, 涂层硬度以及耐磨性为表征变量, 通过正交试验极差与方差分析获得最优参数组。结果表明, 极差分析中, 工艺参数对涂层显微硬度和磨损失重量的影响程度排序均为扫描速度＞送粉速度＞激光功率; 方差分析中, 显微硬度和磨损失重量的F值大小均为FB>FC>FA, 表明各因素对高速激光熔覆涂层性能的影响程度排序为扫描速度＞送粉速度＞激光功率, 这与极差分析结果一致。正交试验获得最优参数组合为: 激光功率900 W、扫描速度65 mm/s、送粉速度4 r/min。

为提高U71Mn钢的耐磨性, 延长钢轨的使用寿命, 选择Stellite6粉、TiC粉和Y2O3粉为熔覆粉末, 采用激光熔覆同轴送粉技术在U71Mn钢基体表面制备钴基合金熔覆层。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度仪器、超景深显微镜、磨损试验机, 分析熔覆层宏观形貌、显微组织、物相组成、显微硬度、磨损形貌和摩擦磨损性能。研究表明, 在质量分数为10%TiC-钴基粉末中添加粉末总质量2%的Y2O3粉末, 可获得较好的单道熔覆层; 在激光功率为1 200 W, 扫描速度为5 mm/s, 送粉速度为1.0 r/min, 搭接率为40%时, 可获得表面最为平整的熔覆层。熔覆层显微组织由等轴晶和柱状晶组成, 熔覆层与基体冶金结合良好, 熔覆层主要由TiC、Cr7C3、Cr23C6、γ-Co和Co3Ti组成。熔覆层硬度最高可达572 HV, 平均硬度约为基体的1.8倍; 熔覆层磨损量为基材磨损量的3.83%, 钴基熔覆层的耐磨损性能显著提升。