为研究无吸收层激光喷丸工艺对铝合金耐腐蚀性能的影响，选用3 mm光斑直径与50%搭接率，分别在1.1 GW/cm²与2.6 GW/cm²的激光功率密度下，采用Nd∶YAG脉冲激光对2024-T351铝合金试样表面进行喷丸处理，结合表面形貌、化学成分、微观组织、物相、残余应力等，探索了不同激光功率密度下试样在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的电化学腐蚀行为。结果显示：经过功率密度为1.1 GW/cm²的无吸收层激光喷丸处理后，试样表面形貌与微观组织得到了改善，表面形成了凸起与孔洞交错的多级结构及2~3 μm厚的致密重熔氧化层，深度方向出现晶粒细化现象，在100 μm深度处出现最大残余压应力。此外，相较于未处理试样与2.6 GW/cm²喷丸试样，1.1 GW/cm²喷丸试样的腐蚀电流密度分别降低了97.30%与82.46%，同时腐蚀后试样表面保持着完整的具有多孔特征的微纳结构，展现出最佳的抗腐蚀性能。无吸收层激光喷丸工艺显著提高了2024-T351铝合金表面的耐腐蚀性能。

采用激光冲击(LP)的方法对铝锂合金搅拌摩擦焊(FSW)焊接区域进行改性强化,对于促进搅拌摩擦焊接工艺在航空航天等领域的应用具有重要意义。以航空铝锂合金为加工对象,对搅拌摩擦焊与激光冲击强化复合工艺下焊板的残余应力场进行了有限元仿真模拟。通过与文献中的试验结果进行对比,验证了所建仿真模型的准确性。模拟了搅拌摩擦焊、激光冲击及两者复合的工艺过程,对比了经不同工艺处理的焊板上的残余应力分布,并研究了应力波的传递规律。仿真结果表明:激光冲击能有效减小搅拌摩擦焊在铝锂合金表面及亚表面引入的残余拉应力;搅拌摩擦焊引入的残余应力越大,激光冲击对残余应力的减小效果越明显;复合工艺处理引起的应力波衰减率略大于仅激光冲击处理引起的应力波衰减率,从而使得复合工艺中的激光冲击引起的残余应力减小量大于仅激光冲击引起的残余应力减小量。

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。

增材制造具有产品开发快速性, 能够直接生产出具有复杂几何形状的金属零件, 同时显著提高材料的利用率、降低成本。增材制造零件在疲劳等关键性能上与锻件仍然存在一定的差距, 需要探寻有效的后处理方法。采用激光喷丸强化增材制造TC4钛合金, 研究增材制造TC4钛合金表面完整性改善效果, 并与同牌号常规锻造钛合金进行强化效果对比。结果表明, 激光喷丸对于两种材料表面粗糙度影响微弱。在硬度方面, 增材制造TC4的表面显微硬度从348 HV增加到367 HV, 影响层深度达0.75 mm, 而常规锻造TC4表面显微硬度从315 HV提高到362 HV, 影响层深度大于1 mm; 在残余应力方面, 激光喷丸在增材制造TC4表面所引入的残余压应力最大值约为400 MPa, 受影响的区域深度约为0.75 mm, 而常规锻造TC4表面所引入的残余压应力最大值约为600 MPa, 受影响区域深度大于1 mm。此外, 利用阿基米德法测量出增材制造TC4的致密度为98.46%, 经过一次激光喷丸处理后提高到98.92%。与锻造TC4相比, 增材制造TC4组织相对疏松, 可能是导致激光喷丸所引入残余应力幅值较小, 影响层深度较浅的原因。

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。

改善焊缝和热影响区的应力状态通常可以提高金属焊接件的机械性能, 因此将激光温喷丸应用于铝合金焊接接头强化。使用XRD衍射方法检测激光温喷丸强化前后的AA6061-T6焊接接头焊缝和热影响区表面的残余应力, 并与常温激光喷丸强化作比较。综合理论分析和数值模拟研究激光温喷丸对焊接接头表面残余应力的影响。结果表明, 激光温喷丸显著提高了焊接接头表面的残余压应力幅值, 数值模拟与实验检测获得了一致的残余应力分布规律。

研究了激光喷丸(LP)TC6钛合金的组织演变对表面强度的影响机理。结果表明,LP后材料表面的显微硬度和残余应力均随功率密度的增加而增大,LP引起的硬度影响层和残余应力影响层的深度也随功率密度的增加而增大,且影响层深度为500~600 μm。LP对TC6钛合金强度的影响机理包括细晶强化和位错强化,晶粒细化使大角度和小角度晶界增多,而晶界能阻止材料发生屈服;LP产生的高密度位错可使材料的屈服强度提高,阻碍位错的运动,抑制裂纹的萌生,从而使材料的力学性能提高。

利用高功率、短脉冲Nd∶YAG激光对TC17钛合金进行了激光喷丸(LP)处理, 并在400 ℃温度下进行了恒温氧化增重试验, 分析了LP对钛合金恒温氧化性能的影响。研究结果表明, 相较于LP前, LP后TC17钛合金在400 ℃下的恒温氧化增重减小了64.9%; 材料表面的氧化膜更加致密, 能更有效阻挡氧的扩散。表面能谱分析结果显示, LP后氧化试样表面的Cr比未喷丸处理的多。大量的Cr能改善氧化层与基体间的附着力, 因此LP可以改善钛合金的恒温抗氧化性能。

为了研究激光喷丸（LP）对TC17钛合金疲劳强度的影响，采用两次LP工艺对TC17钛合金进行了强化处理，并使用升降法测试比较了LP前后材料的疲劳强度。结果显示，LP可在TC17钛合金表面形成深度为11.7 μm的微凹坑，产生的残余压应力为LP前的2.46倍。残余压应力的增大引起了裂纹源位置的变化及疲劳条带的细化，TC17钛合金的疲劳强度提高了3.9%。