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。

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。

高速激光熔覆过程中的温度变化和扫描路径位置变换均对涂层组织与性能有较大影响。利用高速激光熔覆技术在27SiMn钢表面以回字形扫描路径制备了铁基TY-1涂层，对比分析了同一参数下回字形路径上的温度变化对涂层组织和性能的影响。利用ANSYS Workbench有限元分析软件模拟了高速激光熔覆过程，获得了回字形路径上不同位置处涂层的温度场分布规律，并通过微观组织和性能分析实验进一步分析了温度变化对涂层组织和性能的影响。结果表明：回字形扫描路径下由中心点向外的熔池最高温度分别为1890、1955、1998 ℃；不同位置处的涂层间温度相互影响，相较于回字形内部（距中心点1~19 mm）和中部（距中心点19~34 mm）处的涂层，外部（距中心点34~46 mm）涂层熔覆完成后在空气中冷却，没有后续熔覆道次对其施加温度上的影响，冷却速率相对较快，因而晶粒组织分布均匀，硬度和耐蚀性均较高。

为探究激光的单脉冲能量密度、光斑重叠率、扫描次数对激光熔凝层耐蚀性的影响规律，首先采用单因素激光熔凝实验法在Q235B钢材表面制备激光熔凝层，然后采用显微镜研究激光熔凝层单位面积内的微裂纹分布，并采用电化学分析方法研究熔凝层自腐蚀电位和自腐蚀电流密度的变化规律。以最大自腐蚀电位和最小自腐蚀电流密度为目标进行激光参数优化，得出单脉冲能量密度为3.82 J/cm²、光斑搭接率为80%和扫描次数为4的激光最佳参数组合。分析表面及切面的X射线能量色散谱和X射线衍射谱发现，最佳激光参数组合下制备的激光熔凝层（最佳激光熔凝层）由内至外的组织为Fe渐变氧化层过渡至以Fe₃O₄‐FeO混合结晶为主的Fe稳定氧化层。将最佳激光熔凝层与Q235B钢碱性发黑层的电化学阻抗谱、表面粗糙度、X射线能量色散谱和X射线衍射谱进行对比后发现，最佳激光熔凝层的耐蚀性约为碱性发黑层的3倍，这得益于熔凝层中Fe稳定氧化层更低的表面粗糙度和微裂纹密度、更少的氧化漏点以及可防止过度氧化的特点。

超高速激光熔覆是新兴的表面涂层技术，通过粉末和激光的最佳耦合实现熔覆效率的大幅提升，相比传统激光熔覆涂层可以获得更优质的表面质量，且对基材损伤更小。通过分析超高速激光熔覆的原理及技术优势，并与传统激光熔覆技术特点进行对比，总结了激光功率、扫描速率、送粉速度以及搭接率对熔覆层成形的影响，详细介绍了超高速激光熔覆涂层的硬度、耐磨、耐蚀等关键性能的研究现状，并且列举了国内外对超高速激光熔覆技术在工业应用现状。最后，基于目前的研究进展，指出目前对于超高速激光熔覆涂层和基体界面结合状态及涂层构件力学方面处于研究空白，并对该技术的发展提出展望。以期为超高速激光熔覆技术的广泛应用提供理论支持。

水下定向能量沉积技术能够对水下结构件的表面损伤进行原位修复，在海洋工程领域具有广阔的应用前景。受损钛合金结构件水下修复后表面的耐蚀性对于其服役安全至关重要。本研究团队采用水下定向能量沉积技术对Ti-6Al-4V预制梯形槽进行水下修复，通过对比水下和陆上定向能量沉积结果，阐明了水下修复工艺对组织、硬度和电化学腐蚀特性的影响。结果表明：水冷淬火提高了水下熔池的冷却速率，并降低了沉积过程的热积累，生成了具有较高位错密度和较高硬度的针状马氏体组织；与陆上定向能量沉积试样、基体材料相比，水下定向能量沉积试样具有更好的耐蚀性，水下沉积Ti-6Al-4V的耐蚀性主要受组织晶粒度、合金元素分布以及表面组织状态的影响。本文研究结果能够为钛合金装备水下激光增材修复提供参考和理论基础。

为提高抽油杆接箍表面的耐磨、耐蚀性能,利用高速激光熔覆技术在35CrMo抽油杆接箍表面制备了马氏体不锈钢涂层,并进行了激光重熔处理。采用光学显微镜、X射线衍射仪、硬度计、摩擦磨损试验机及电化学工作站研究了高速激光熔覆层和重熔层的组织结构、硬度、摩擦磨损性能与电化学腐蚀行为。结果表明:高速激光熔覆涂层表面平整均匀,表面粗糙度为15.7 μm,无气孔、夹杂、裂纹等缺陷;重熔涂层的表面粗糙度可达5.4 μm;高速熔覆涂层和重熔涂层均由单一的马氏体相组成;熔覆层呈现多层搭接的分层特征,熔覆层界面区为平面晶,中部为外延生长的树枝晶,表面为无明显方向的细小树枝晶;重熔使多层搭接特征基本消失,并细化了表层的树枝晶;高速激光熔覆涂层和重熔层的硬度均值分别为470 HV和494 HV。高速激光熔覆提高了基材的耐磨性及耐蚀性,激光重熔可进一步提高涂层的耐磨和耐蚀性。高速激光熔覆和重熔高性能涂层为抽油杆接箍的表面改性提供了新的思路和方法。

采用不同浓度的NaOH溶液对AZ31镁合金微弧氧化(Micro-arc oxidation, MAO)陶瓷层进行水热处理, 研究了水热溶液浓度对MAO陶瓷层组织结构及耐蚀性能的影响, 探讨了水热成膜及膜层的腐蚀机理。研究结果表明：水热处理过程中MAO陶瓷层表面的MgO部分溶解, 释放出的Mg ²⁺与水热溶液中的OH ^-结合形成Mg(OH)₂纳米片沉淀在陶瓷层表面及孔洞内。随着水热溶液中NaOH浓度的增加, 水热处理过程中形成的Mg(OH)₂将MAO陶瓷层表面的孔洞及裂纹等固有缺陷闭合, 提高了膜层的致密性。电化学实验结果表明, MAO及水热复合处理所制备的Mg(OH)₂/MAO复合膜层比单一MAO陶瓷层具有更好的耐蚀性, 而且随着NaOH浓度的提高, Mg(OH)₂/MAO复合膜层的耐蚀性增强; 浸泡实验结果表明Mg(OH)₂/MAO复合膜层能为镁合金基体提供长久的腐蚀防护保护能力。