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。

激光-超声复合喷丸强化方法利用超声冲击波与激光冲击波复合效应调控微观组织与表面残余应力，进而改善金属材料的表面性能。以2024-T351铝合金为研究对象，开展了激光-超声复合喷丸强化实验，使用扫描电子显微镜分析了激光喷丸(LSP)、超声喷丸(UIP)与LSP＋UIP诱导的微观组织特征，并实验研究了LSP、UIP与LSP＋UIP对表面形貌、粗糙度、显微硬度、残余应力的影响规律。结果表明，相较于LSP，LSP＋UIP可显著降低材料表面粗糙度，同时促进表面晶粒细化，表面残余压应力幅值与表面显微硬度分别增加了25.8%与12.9%，获得了更优良的表面性能。

表征经过激光喷丸处理前后得到的CuNiCrSi合金硬度、疲劳破坏产生的断口形貌、表面残余应力与疲劳寿命, 分析CuNiCrSi合金表面经过激光喷丸强化处理后发生的疲劳性能变化。研究结果表明: 激光喷丸处理实现了硬度提高, 从表面往基体硬度逐渐减小, 能量为2 J比能量为5 J情况下形成的硬度影响层厚度小。以2 J与5 J的激光能量进行喷丸得到的试样残余应力都在表面处达到最大残余应力, 随表面距离的增大残余应力不断降低。经激光喷丸处理引起试样表面裂纹源发生内移使试样表面达到更大的疲劳极限。疲劳断口扩展区生成了二次裂纹, 当激光能量提高后, 获得更大的裂纹长度与深度。各试样都形成了明显的等轴韧窝结构。

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。

通过激光喷丸成形实验研究了不同工艺参数对2024铝合金单曲率件及S形双曲率异形件的变形方式和变形量的影响规律,分析了S形双曲率异形件的制造方法,并实验获得了三维扭曲件。结果表明,当增大激光单脉冲能量和减小试样厚度时,试样容易发生凹面成形,反之,试样容易发生凸面成形。增大冲击区面积和光斑搭接率会增大试样的变形量,但不会改变其变形方式。激光喷丸成形2024铝合金S形双曲率异形件和激光喷丸成形单曲率件的规律一致。为了获得2024铝合金S形双曲率异形件,薄板材可采用“凸面成形+凸面成形”的方式,厚板材可采用“凹面成形+凹面成形”的方式。

通过性能测试分析,研究了激光喷丸(LP)技术对TC4钛合金抗氢脆性能的影响。结果表明,LP试样表面产生了-327 MPa的残余压应力;电化学充氢后,试样表面残余压应力降低了9.17%,喷丸与未喷丸试样的表面显微硬度分别提高了5.07%和7.08%,而延伸率分别降低了2.25%和4.84%。LP处理可提高TC4钛合金的韧性,降低其氢脆敏感性。