激光冲击强化技术

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1、激光冲击强化技术摘要：本文主要从作用机理、强化机理及影响因素等方面系统的介绍了激光表面强化技术。关键词：激光表面强化、冲击波、晶粒细化LaserShockProcessingTechnologyAbstract:ThisarticlemainlyintroducesLasershockprocessing(LSP)fromtherespectoftheinteractionmechanism,thestrengtheningmechanismandtheinfluencingfactors.Keyword：LSP,shockwave，gra

2、inrefinement1引言激光冲击强化技术((Lasershockprocessing,簡称LSP)作为一种新兴的表面改性处理技水起始于上世纪六十年代，也是当代具有秉要意义的自然科学发明之•-。在激光表面处理技术应用之初，科学家们意外发现激光脉冲可以产生肉眼无法察觉的冲击波，如果冲击波能够连续作用于金属表血，会在金属表层形成压应力，这种压成力远人于材料木身的屈服强度，能够在金属表面形成一定深度的高幅值残余压应力层，使表层材料得到硬化，品粒细化，通过这种方式讨以实现对材料的性能的强化处理［1］。激光表面处理技术在发展过程屮出现了多种形式的

3、处理方法，仏括主要激光相变硬化(LaserHardening｝、激光熔覆(LaserCladding)、激光表jftl合金化(LaserAlloying)、激光冲i；•强化处理(LaserShockProcessing，LSP)、激光冲it；•成形技术(LaserShockForming，LSF)等w。作为一项相较P仏统工艺，清沾•高效的高新技术，口前激光表衡处已经广泛应用于军工国防、航空航天等领域，例如微精密设备的小孔强化，损伤叶轮修复以及水F没备的抗腐蚀性强化和焊缝延寿等。2国内外激光冲击强化技术的研究现状上世纪七十年代，Battell

4、e^sColumbus等科学家设计并制造岀了能够进行激光冲击实验的实验系统［11:在1972年，科学家FairandB.P.等人利用高功率脉冲激光对铝合金的机械性能和微观组织进行检测和分析，证明了激光冲击对铝合金的强化作用，经实验结果表明铝合金的屈服强度提升了30%左右，这个结果也IF.式掀起了激光冲击对材料优化研究的序藉［11。此后，Fabbro.R等人于1987年论述了激光与金属材料相互作用产生冲击波的关系，提出并验证了约束模式下激光冲击波峰值压力的估算公式。R前激光冲击技术已经广泛应用于航空航天、医疗器械、军工装备等多方领域，并起着举

5、足较重的作川。当前国内外学者和科研机构就激光冲出强化而言，主要就以卜JL个方面进行研究.•1.激光冲击强化的物理性研究：研究重点在于解析强化过程中的物理效应、冲击波与靶材内部结构相互作用的机理和类型［11,建立激光诱导爆轰波的理论模型并对其进行分析［21。2.激光冲击强化作用机理的研究：研究内容主要是从表而粗糙度、硬度、残余应力和微观饥织等角度对激光冲击处理之所以能够奋效提升靶材的抗疲劳、耐腐蚀、抗摩擦磨损等性能进行规律分析、机制分析等相关研究U］。3.工程技术领川的应川性研究：对激光加工系统进行改进，工艺参数进行优化，对冲击区域性能的评测

6、以及强化过程的在线研究进行合理的设置等等。屮国激光冲击强化研究虽然起步较晚，促近些年來发展迅速，并旦己经成功将该项技术应用于军事航空领域，拥旮了多项自主知识产权，取得了人景的研究成果，为实现激光强化工业化的具休实施奠定了扎实的基础。清平人学提出了利用激光冲击处理来制备表面菇性能纳米涂层，外设汁出了完备的加工工艺，此项技术的提出将激光冲击和纳米复合材料制备技术结合，为制备纳米复合涂层打开了新的思路。3.1激光冲击强化原理激光冲击处理足使用GW/cm2级的高功率密度和ns级的钮脉冲宽度的强激光辐照材料表血，利用激光与辐照金屈表血材料相互作用的响

7、掩过程，进而对材料表层进行性能优化处理的一种表面处理处理技术。JAbsoidinglayerHighpressplamsaWaterconfininglavei「minglayej^^PressureshockwaveAlfoilabsordinglayerSpecimenSpecimen,Confininglav图1.1激光冲击强化原理图Fig.1.1Schematicoflasershockprocessing在激光处理过程中，由干激光辐照作用的影响，激光会透过约束层被金属材料表而附着的能量吸收涂层吸收，因照射部位温度在极短时间内吋以达

8、到一个极高的值而气化，气化后形成蒸汽电离，苦继续吸收激光辐照的能景则形成了等离子体［41。当能量迅速积累达到临界位时，将会引起膨胀爆炸，激光持续作用形成的等离子体引起的爆轰波作用