为了研究深冷激光喷丸(CLP)对TC6钛合金阻尼特性及振动疲劳寿命的影响,分别在室温(25 ℃)和深冷温度(-130 ℃)条件下进行激光喷丸实验,然后采用透射电子显微镜(TEM)对激光喷丸处理前后试样的微观组织进行观察,采用频率响应法对试样的阻尼比进行测试,并采用液压振动疲劳测试系统对强化后的试样进行振动疲劳测试,分析CLP处理对试样阻尼特性的影响机制及其与疲劳寿命的关系,最后采用扫描电子显微镜(SEM)对试样的振动疲劳断口进行观察。结果表明:CLP处理在试样表层产生了大量的位错和形变孪晶,可以有效提高TC6钛合金试样的阻尼比及振动疲劳寿命。

探究了深冷激光喷丸(CLP)对2024-T351铝合金微观组织的影响及其强化机理,利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征了2024-T351铝合金微观组织的演变规律。结果表明:相比于室温激光喷丸(RT-LP),CLP具有更加显著的晶粒细化效果,并在试样中产生了高密度位错以及更多、更细且均匀分布的黑色球状第二相,该相为S相(Al2CuMg);CLP试样的微观组织在深度方向上呈不同形貌的梯度分布,并且其基体层的微观组织优于RT-LP试样基体层的微观组织。CLP的强化机制主要包括两方面:一是深冷环境抑制位错的动态回复,并降低热激活能,从而促进了细化晶粒和第二相对位错的阻碍作用;二是深冷环境下试样的体积收缩效应产生的塑性变形和内应力,它们会产生显著的组织强化效果。

为了研究深冷激光喷丸强化(Cryogenic Laser Peening, CLP)对2024-T351铝合金表面力学性能的影响, 采用Nd: YAG纳秒脉冲激光分别在常温(25 ℃)和深冷温度(-100 ℃)条件下对2024-T351铝合金材料进行激光喷丸处理, 随后对试样的显微硬度、残余应力和微观组织等表面性能进行了测试分析, 最后基于微观组织演变探讨了CLP对2024-T351铝合金的强化机理。结果表明, 由于超低温对位错滑移及湮灭的抑制作用, CLP处理试样的位错密度提高, 在动态再结晶后材料表面晶粒尺寸减小, 其表层显微硬度与残余压应力值较常温LP处理试样分别提高了约20.3%与21.6%, 因而改善了2024-T351铝合金的表面力学性能。

对2024-T351铝合金进行了深冷激光喷丸强化(CLP)处理。结果表明, CLP处理使得2024-T351铝合金的表层金属发生了有效的晶粒细化, 严重塑性变形层的晶粒尺寸大多在10 μm以下, 材料内第二相分布更为均匀; CLP处理后试样的表面硬度、抗拉强度和屈服强度比未处理样品的分别提高了34.1%、21.6％和28.9％, 材料的延伸率也略有提高, 实现了强度和塑性的同步增强。拉伸断口形貌表明, 2024-T351铝合金经CLP处理后的断裂形式为韧性断裂, 这有利于改善铝合金的拉伸性能。

采用分子动力学方法对深冷环境下(77 K)的单晶钛内诱导的位错扩展进行了模拟, 使用共同近邻分析(CNA) 法分析了温度对位错扩展的影响, 系统研究了激光冲击波在深冷环境和常温环境条件下沿［0001］方向的冲击传播特性。结果表明, ［0001］方向上单晶钛的激光冲击波为弹塑性双波结构。深冷环境下激光冲击波后材料内部出现大量位错, 塑性变形主要表现为不全位错的发射和传播。冲击应力和剪切应力与激光冲击波速度呈线性关系。深冷环境下的激光冲击波速度与冲击波压力均高于常温下的, 冲击波速度提高了9%～10%, 冲击波压力增加了8%。深冷激光冲击通过抑制动态回复从而诱导高密度位错,进而显著改善材料强度, 为深冷激光冲击强化机理的研究提供了参考。

为了研究低温条件下Yb:YAG放大器的增益和热特性，搭建了一套液氮冷却的低温放大器，开展了实验研究。测量了不同泵浦强度下的小信号增益以及低温和常温下的介质热致波前畸变。结果表明:低温条件下，可以用更少的泵浦能量得到高于常温的增益;常温下泵浦电流200 A、脉冲宽度1200 μs的小信号增益为1.59;低温下泵浦电流200 A、脉冲宽度400 μs的小信号增益为1.82，光光效率显著提高。自发辐射放大(ASE)问题在低温下更加显著，采用短脉冲泵浦有利于降低ASE的影响。低温的热管理效果较常温有显著提高，可以在更高的平均功率下运行。