为了研究激光法制备纳米金刚石的相变机理,采用纳秒脉冲激光冲击微米级石墨悬浮液,并做强酸高温氧化提纯处理,结合X射线衍射、喇曼光谱、高分辨率透射电镜等表征手段以及热力学和动力学分析方法,对实验结果进行了理论分析和实验验证。合成得到分散均匀、尺寸在4nm~12nm的超细纳米金刚石。结果表明,纳秒激光辐照下,石墨是通过固态-气态-液态-固态的形式转变为金刚石结构的;与毫秒脉冲激光相比,高功率密度、短脉宽的纳秒激光为金刚石核的生长提供了大的过冷度,提高了金刚石的形核率和生长速率;但是纳米金刚石的生长温度范围极小,冷却过程中石墨结构与金刚石结构同时形核、长大,引起金刚石颗粒表面的石墨化,限制了纳米金刚石的生长。

为了研究激光冲击Ti-6Al-4V钛合金下的表面纳米化和微观结构的演变特性，采用短脉冲Nd：YAG激光器对Ti-6Al-4V钛合金表面分别进行了激光冲击实验，得到了不同激光冲击次数下钛合金表面的微观组织和相应表面硬度。随着激光冲击次数增加，晶粒尺寸逐渐减小并形成纳米晶粒；冲击3次以上时，纳米晶数量明显增多、尺寸分布更加均匀，表面出现取向更加随机的等轴纳米晶；冲击5次后，随着冲击次数增加，钛合金表面纳米晶粒尺寸没有出现明显降低的趋势，始终保持50nm~130nm；不同冲击次数下纳米层的深度不会明显增加，纳米层深度约为15μm~20μm；冲击次数5次以上后，钛合金表面硬度趋于稳定，最大值约为525HV~530HV。结果表明，Ti-6Al-4V钛合金表面纳米化程度随着激光冲击次数的增加而提高；在5次激光冲击后钛合金表面的纳米化程度达到渐饱和状态，表面具有分布较好的纳米晶和较高的硬度。这表明多次激光冲击钛合金表面可以实现晶粒从微米级向纳米级转化。

为了研究激光喷丸对中高温条件下Ti-6Al-4V钛合金残余应力、微观硬度及金相组织演变的影响，采用高功率、短脉冲Nd：YAG激光器对Ti-6Al-4V钛合金表面进行了激光冲击，并将冲击后的试样分别置于400℃，500℃，550℃和600℃的温度下进行了1h的保温处理。利用X射线衍射仪对强化区域的残余应力进行了检测，通过扫描电镜及透射电镜对微观组织进行表征，探究了强化效果与晶粒尺寸、位错运动间的联系。结果表明，激光喷丸处理在试样表层诱导产生较大幅值残余压应力，显微硬度提高；经550℃热处理1h后，残余应力影响层深约为100μm；经400℃、600℃热处理1h后，试样表层微观硬度分别下降了8.3HV和20.1HV；热处理后，晶粒尺寸总体呈现增大趋势。激光喷丸处理可以有效提高Ti-6Al-4V钛合金中高温力学性能。

为了研究中高温条件下激光冲击处理对Ti-6Al-4V钛合金的表面完整性的影响,采用高功率、短脉冲Nd:YAG激光器对Ti-6Al-4V钛合金表面进行激光冲击,并将冲击后的钛合金试样分别置于400℃,500℃,550℃和600℃的温度下进行保温处理。从表面形貌、表面粗糙度、表面残余应力等方面分析了中高温条件下激光冲击处理对Ti-6Al-4V钛合金的表面完整性的影响。结果表明,激光冲击处理增大了Ti-6Al-4V钛合金的表面粗糙度,且热处理温度越高,Ti-6Al-4V钛合金的表面粗糙度越大;激光冲击处理显著提高了Ti-6Al-4V钛合金材料的表面残余压应力,随着温度的升高,残余压应力值降低。研究结果对了解和掌握Ti-6Al-4V钛合金的使用性能是有帮助的。

为了探索出一种可控、稳定、高效的制备碳纳米角的方法，采用高功率、短脉冲Nd：YAG激光器对悬浮于液相介质中的天然鳞片石墨颗粒进行激光辐照，并通过高分辨率透射电镜、激光喇曼光谱等检测手段对实验产物进行表征，对实验结果进行了理论分析与实验验证。结果表明，激光能量为150mJ，300mJ，450mJ和600mJ时，对应的产物分别为seed型、bud型、dahlia型和petal-dahlia型碳纳米角；4种形态的碳纳米角的粒径均分布于10nm~80nm范围内，平均粒径分别为29nm，33nm，36nm和38nm。该研究对制备出不同形态的碳纳米角是有帮助的。

为了提升AISI430铁素体不锈钢的表面抗腐蚀性能, 采用激光冲击的方法强化了AISI430铁素体不锈钢。通过极化曲线及电化学阻抗谱等电化学实验方法, 结合试样表面残余应力及腐蚀形貌, 研究了激光冲击工艺对AISI430铁素体不锈钢的抗腐蚀能力的影响。结果表明, 强化处理后试样表面出现残余压应力层, 残余应力最大幅值高达-339MPa, 并以近乎递减的方式延深度方向达到900μm; 激光冲击强化使试样在NaCl溶液中的自腐蚀电位由-251mV最大提升至-192mV, 腐蚀电流密度最多降低28.18μA/cm^-2, 使阻抗谱的容抗弧的半径变大, 腐蚀凹坑和条带状腐蚀减少。激光冲击强化了AISI430铁素体不锈钢在NaCl溶液中的抗腐蚀性能。

为了研究激光技术在废水降解领域中的应用，采用激光诱导空化技术对酸性黑溶液进行降解，通过紫外分光光度计对降解后的溶液进行分析表征，获得激光能量和溶液初始质量浓度对降解能力的影响; 结合空泡动力学理论和空化化学效应，揭示了激光空化降解酸性黑溶液的机理。结果表明，随着激光能量的增加，初始质量浓度为20 mg/L的酸性黑溶液的降解率从0.78%逐步增加到27.28%；在100 mJ激光能量下，当溶液中酸性黑溶液的初始质量浓度从5 mg/L提升至20 mg/L时，降解率从98.55%降低至7.63%;激光能量越高，降解率越大；初始质量浓度过大，则激光空化难以对酸性黑溶液进行降解。该研究推进了激光空化降解染料等有机废水技术的发展。

为了更准确地研究激光打孔相变过程，基于流体传热和流体力学理论，建立了GH4037镍基高温合金激光打孔相变模型。模型中考虑了重力、粘滞力、反冲压力的作用，以及材料的固-液相变和液-气相变过程，通过数值计算得到了激光打孔相变过程的温度场和速度场。结果表明，气化材料的反冲压力可以加快熔池的流动，在激光功率为2000W、脉宽为1.70ms时，材料最大气化蒸发速率可以达到250m/s。该模型为进一步开展激光打孔研究提供了理论基础。