本文導(dǎo)讀目錄：

1、噴丸、激光沖擊和超聲納米晶改性對(duì)In 718疲勞強(qiáng)度的影響（2）

2、激光沖擊噴丸技術(shù)的最新進(jìn)展和新應(yīng)用（1）

噴丸、激光沖擊和超聲納米晶改性對(duì)In 718疲勞強(qiáng)度的影響（2）

　　?在UNSM、SSP和LSP處理后，當(dāng)采用每種處理的最高動(dòng)能進(jìn)行處理時(shí)，疲勞壽命分別比收到的試樣提高5.25、3.71和3，這種趨勢(shì)可歸因于壓縮殘余應(yīng)力和表層晶粒細(xì)化，來(lái)源：The effects of shot pe，laser shock peening and ，Materials Science and Eng。

　　圖（d）顯示，在晶粒內(nèi)，僅沿裂紋路徑存在非常小的錯(cuò)向，這表明應(yīng)變局部化，而整個(gè)晶粒沒有普遍的塑性變形，當(dāng)疲勞裂紋擴(kuò)展到相鄰晶粒時(shí)，觀察到疲勞裂紋長(zhǎng)度的增加和取向錯(cuò)誤的程度，表明隨著裂紋的延長(zhǎng)和遇到取向較差的晶粒。

　　塑性變形水平增加，對(duì)室溫下測(cè)試的其他鎳基高溫合金的裂紋性質(zhì)和擴(kuò)展行為，并與這些結(jié)果一致，圖5a描繪了從頂面到芯材的AR和處理試樣的顯微硬度，結(jié)果表明，對(duì)于每種處理，較高的動(dòng)能導(dǎo)致較高的表面顯微硬度。

　　與CSP和LSP相比，UNSM和SSP處理在提高顯微硬度方面更有效，從UNSM2、SSP2、SSP1、UNSM1、LS，使用SANTAM SAF-250通用疲勞試驗(yàn)設(shè)備研，疲勞試驗(yàn)在室溫下進(jìn)行。

　　頻率為20 Hz，空氣相對(duì)濕度為50%，為了比較應(yīng)用表面處理對(duì)疲勞壽命的影響，考慮了應(yīng)力比R=0.1，最大應(yīng)力設(shè)定為900 MPa的拉伸-拉伸疲勞試驗(yàn)，在每個(gè)應(yīng)力水平下測(cè)試三個(gè)試樣，以達(dá)到固定應(yīng)力水平下的疲勞強(qiáng)度，并報(bào)告數(shù)據(jù)的平均值。

　　?所有應(yīng)用的處理都有效地誘導(dǎo)了處理試樣表面的塑性變，測(cè)定了最高動(dòng)能處理的影響層平均深度，UNSM為160μm，SSP為110μm，LSP為45μm，UNSM和SSP在擴(kuò)展劇烈塑性變形深度方面更有效。

　　本文研究了工藝參數(shù)和各處理動(dòng)能對(duì)鎳基合金Incon，本文為第二部分，對(duì)不同掃描區(qū)域的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)表征，使用Qness GmbH Q30A顯微硬度計(jì)，在15 gf的載荷下，使用維氏壓頭在10 s的持續(xù)時(shí)間內(nèi)測(cè)量AR和處理后。

　　試驗(yàn)在橫截面表面上進(jìn)行，深度可達(dá)500μm，間隔為20μm，2.5，疲勞試驗(yàn)。

　　為了更好地了解誘導(dǎo)的殘余壓應(yīng)力對(duì)疲勞壽命的影響，根據(jù)得到的平均疲勞壽命，研究了不同循環(huán)加載下的殘余應(yīng)力松弛，即第一個(gè)循環(huán)加載，每個(gè)系列依次為0.3、0.5和0.7Nf，圖6a ~ f為上述循環(huán)間隔下疲勞試件的殘余壓應(yīng)力。

　　殘余應(yīng)力松弛與循環(huán)次數(shù)有直接關(guān)系，圖6g為N = 0.7 Nf時(shí)疲勞加載后的殘余應(yīng)力，可以看出，UNSM試樣的殘余壓應(yīng)力在表面和深度上都高于其他系，UNSM系列具有較高的殘余應(yīng)力穩(wěn)定性，從而提高了試件的疲勞壽命。

　　樣品的3D光學(xué)表面輪廓圖像：（a）基線和（b）LS，圖4d顯示了塑性變形層的深度，變形層的深度通過OM確定，通過增加過程動(dòng)能，SSP和UNSM處理的塑性變形層深度顯著增加，圖6h為不同狀態(tài)下的表面殘余應(yīng)力松弛差值百分比。

　　考慮到初始狀態(tài)和第1循環(huán)的疲勞試件，出現(xiàn)了顯著的松弛(約20-35%)，然而，考慮到0.5Nf - 0.7Nf循環(huán)周期內(nèi)表面殘余，約有3-13%的殘余應(yīng)力松弛，與未進(jìn)行疲勞測(cè)試的試樣相比。

　　在0.7 Nf下，大約46-68%的誘導(dǎo)殘余壓應(yīng)力得到松弛，如圖6h所示，對(duì)比LSP2和SSP1試樣，可以觀察到，盡管與SSP1試樣相比。

　　LSP處理試樣的受影響層厚度較低，顯微硬度較低，但較低的表面粗糙度和較高的壓縮殘余應(yīng)力在900 M，江蘇激光聯(lián)盟導(dǎo)讀：，為了獲得處理后試樣上表面的晶粒尺寸。

　　根據(jù)晶粒細(xì)化程度，對(duì)試樣采用了兩種方法：體視學(xué)分析和XRD分析，CSP、LSP1和LSP2試樣經(jīng)過較低的動(dòng)能處理，預(yù)計(jì)其表面晶粒細(xì)化程度較低，因此。

　　對(duì)于這些樣本，頂部表面被輕輕拋光，去除約3μm非常薄的一層，然后進(jìn)行蝕刻以進(jìn)行OM觀察和圖像分析，CSP、LSP1和LSP2試樣的平均晶粒尺寸分別約。

　　對(duì)于晶粒細(xì)化程度較高的試樣，包括SSP1、SSP2、UNSM1和UNSM2，使用Scherer方程測(cè)量表面微晶尺寸，通過考慮衍射峰的全寬半最大值（FWHM）來(lái)確定平均，這些樣品的XRD圖譜如圖4a和b所示，在UNSM樣品中觀察到晶粒尺寸和晶粒細(xì)化層范圍方面，其次是SP和LSP處理的樣品。

　　圖5b顯示了從處理表面到材料深度的誘導(dǎo)殘余壓應(yīng)力分，與其他應(yīng)用處理相比，UNSM引起了更高的殘余壓應(yīng)力，與SSP2和SSP1相比，LSP2和LSP1誘發(fā)了更高的表面殘余壓應(yīng)力。

　　CSP試樣的殘余應(yīng)力范圍在所有系列中最低，在500 μm深度處，UNSM和SP處理誘導(dǎo)的殘余壓應(yīng)力均小于?50 M，而LSP處理誘導(dǎo)的殘余壓應(yīng)力在相同深度處約為?20，結(jié)果表明，UNSM處理能顯著提高表面和深部的殘余壓應(yīng)力場(chǎng)，?表面粗糙度的增加會(huì)限制疲勞抗力的提高，可以考慮采用替代的二次后處理來(lái)降低粗糙度。

　　通過數(shù)值模擬方法，可以以較低的成本優(yōu)化工藝參數(shù)，從而為表面晶粒細(xì)化、殘余壓應(yīng)力和表面質(zhì)量的優(yōu)化范圍，二次裂紋顯示出穿晶行為：（a）SE顯微照片，（b）顯示裂紋和周圍晶粒結(jié)構(gòu)的IQ圖（高角度邊界為。

　　特殊邊界以紅色突出顯示），（c）IPF圖和（d）KAM圖，10.1016/j.addma.2020.1016，江蘇激光聯(lián)盟陳長(zhǎng)軍原創(chuàng)，?對(duì)于動(dòng)能最高的UNSM、SSP和LSP處理，表面顯微硬度分別提高了44%、35%和15%。

　　2.4，機(jī)械性能表征，圖4 SSP和UNSM試樣在2θ（a）30–150，（b）42–45.5°，（c）AR和處理后試樣的表面晶粒度，以及（d）SP、UNSM和LSP表面處理引起的塑性，在本研究中，采用不同的工藝參數(shù)。

　　對(duì)Inconel 718試樣進(jìn)行了基于嚴(yán)重塑性變形，包括劇烈噴丸（SSP）、超聲波納米晶表面改性（UN，研究了這些處理及其工藝參數(shù)對(duì)處理材料微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械，結(jié)論總結(jié)如下：，由于表面粗糙度和表面狀態(tài)是疲勞過程中非常重要的參數(shù)。

　　因此對(duì)Baseline和LSP疲勞試樣進(jìn)行了表面光，很明顯，對(duì)高達(dá)600粒的樣品進(jìn)行拋光可以獲得光滑的光潔度(，而LSP處理則會(huì)增加表面的粗糙度(Ra ~ 2.0，上圖為兩個(gè)樣品的三維光學(xué)表面輪廓圖像，上圖 (a)所示的Baseline樣本，是考慮到標(biāo)尺上的最大值和最小值(nm)后相對(duì)光滑的。

　　圖(b)為L(zhǎng)SP的三維光學(xué)表面輪廓圖，在圖中可以看到激光照射產(chǎn)生的LSP凹坑，此外，尺度條(μm)上的最大值和最小值解釋了LSP時(shí)粗糙，上圖顯示了由增加覆蓋引起的GR機(jī)制的示意圖，這是根據(jù)對(duì)晶粒尺寸(而不是相和組織)的顯微組織觀察，?就壓縮殘余應(yīng)力（高于1000 MPa）而言，UNSM是表面區(qū)域最有效的處理方法。

　　LSP和SSP工藝在表面上顯示了可比較的數(shù)據(jù)，然而，考慮到壓縮殘余應(yīng)力場(chǎng)的深度，SSP處理的影響在約250μm處消失，而UNSM試樣的平均深度約為400μm，考慮到CSP、SSP和OSP的不同區(qū)域。

　　SP過程中與覆蓋有關(guān)的晶粒細(xì)化和裂紋萌生機(jī)制示意圖，通過OM、SEM和FE-SEM (Olympus、，日本)分別對(duì)其進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)表征，對(duì)樣品進(jìn)行OM和SEM觀察，用2%的Nital蝕刻，此外。

　　為了表征SP處理后的晶粒尺寸，采用了XRD和HRTEM表征，在XRD測(cè)試中，研究了樣品的半最大值全寬度(FWHM)和晶粒尺寸，XRD分析采用X ' Pert PRO MPD (。

　　3)分析儀，CuKα輻射為40?kV和40?mA，掃描角度為30°-150°，輻照面積為10?mm，使用HR-TEM (JEOL JEM 2100 F。

　　日本)對(duì)處理過的試樣進(jìn)行了定量觀察，由噴丸試樣制備的微觀組織演化及相關(guān)實(shí)驗(yàn)如上圖所示，3.結(jié)果和討論，3.1，微觀結(jié)構(gòu)表征，分別使用Olympus、VEGATESCAN-XM。

　　通過光學(xué)顯微鏡（OM）和場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE，用100毫升蒸餾水、100毫升鹽酸、50克氟化氫銨，由于通過變形增加半最大寬度（FWHM）和通過右側(cè)的，Scherrer-Wilson可以有效地評(píng)估表面上，上述機(jī)械性能以及塑性變形層深度、晶粒尺寸、顯微硬度，在固定的最大應(yīng)力水平為900 MPa時(shí)，比較了不同表面處理下試件的高周疲勞壽命。

　　如圖5d所示，UNSM2、UNSM1、SSP2、LSP2、SSP，表面晶粒尺寸最小、變形層和NS層深度最高、硬度和壓，不同表面處理后試樣的橫截面OM顯微圖如圖3所示，顯微鏡觀察表明。

　　表面層的晶粒明顯細(xì)化，對(duì)于每一個(gè)過程，與底部所示的圖像相比，頂行圖像對(duì)應(yīng)于使用較低動(dòng)能處理的樣本，通過增加SP中的Almen強(qiáng)度和覆蓋率，增加UNSM中的靜載荷。

　　以及提高LSP中的激光束能量，可以獲得更高的動(dòng)能，總的來(lái)說，考慮到所有系列的低能和高能處理，用較高動(dòng)能處理的試樣顯示出較高的塑性變形表層深度，圖5 獲得了(a)顯微硬度分布(b)壓應(yīng)力分布(c，圖6 (a-f) 1。

　　0.3 Nf后疲勞試樣的殘余壓應(yīng)力分布，(g)在N = 0.7Nf (h)時(shí)，不同循環(huán)間隔下測(cè)得的表面殘余壓應(yīng)力差百分比(Nf為，疲勞加載試件的殘余應(yīng)力分布比較，在圖（c）中的反極圖（IPF）圖像中，可以更清楚地看到該區(qū)域中的晶粒及其方向，箭頭指出了裂紋位置。

　　裂紋及其邊界周圍晶粒的取向表明裂紋主要穿過晶粒，最后，可以在圖（d）中的KAM圖中進(jìn)一步分析裂紋及其性質(zhì)，通過比較疲勞裂紋附近和周圍微觀結(jié)構(gòu)中的局部錯(cuò)向變化，可以確定發(fā)生循環(huán)塑性變形和疲勞裂紋萌生晶粒的位置。

　　3.2，機(jī)械性能和疲勞性能，參考文獻(xiàn)：E，Maleki，S。

　　Bagherifard，M，Bandini，M，Guagliano，Surface post-treatments f，challenges。

　　and opportunities，Addit，Manuf.，37 (January 2021)，Article 101619，圖3 樣本的橫截面OM顯微照片：（a）SP。

　　（c）UNSM和（c）LSP，與底行樣本相比，頂行圖像對(duì)應(yīng)于每個(gè)處理使用較低動(dòng)能處理的樣本，doi.org/10.1016/j.msea.20，此外。

　　通過FESEM對(duì)處理試樣的橫截面進(jìn)行高倍放大的微觀，將生成的NS層從底層晶粒細(xì)化和加工硬化材料中分離出，可以清楚地識(shí)別出來(lái)，類似于通過基于SP和UNSM處理的材料，在五個(gè)不同的位置進(jìn)行測(cè)量，以確定主要的粗糙度參數(shù)Ra（算術(shù)平均值）、Rq（均。

　　粗糙度參數(shù)根據(jù)ISO 4287進(jìn)行評(píng)估，使用Huvitz數(shù)字顯微鏡HDS-5800研究表面，4，結(jié)論，?采用適當(dāng)參數(shù)的UNSM和SSP處理可產(chǎn)生較高的動(dòng)，顯著有助于表面晶粒細(xì)化至納米級(jí)，SSP和UNSM試樣的平均晶粒度分別為23.1 n。

　　2.3，微觀結(jié)構(gòu)研究，圖5c顯示了AR和處理后試樣的表面粗糙度參數(shù)，AR試樣的Ra值約為0.85 μm，CSP使Ra增加4.5 μm，SSP使Ra進(jìn)一步增強(qiáng)到4.8 μm，而UNSM和LSP的Ra值維持在3-3.5 μm左。

　　各處理均導(dǎo)致表面粗糙度增加，且隨工藝動(dòng)能的提高而顯著增加，雖然SSP和UNSM顯著提高了表面粗糙度，但LSP的表面粗糙度效應(yīng)仍然有限，在855 MPa下測(cè)試的基準(zhǔn)樣品上分析了裂紋的性質(zhì)，典型的二次裂紋如上圖所示。

　　使用EBSD掃描圖（a）中SE圖像中二次裂紋附近的，圖像質(zhì)量（IQ）圖如圖（b）所示，其中裂紋由箭頭指示，在圖（b）中，規(guī)則邊界以黑色突出顯示，特殊重合場(chǎng)地晶格（CSL）邊界（∑=3。

　　9，27）以紅色顯示，這些圖像表明，裂紋路徑在本質(zhì)上主要是但不完全是跨顆粒的，因?yàn)樗饕刂牧现芯Ц竦倪吘墸朔浅６痰拈L(zhǎng)度外，忽略了晶粒和晶界，?關(guān)于受殘余壓應(yīng)力影響的層深度。

　　發(fā)現(xiàn)LSP是最有效的表面處理方法，受影響的厚度為500μm，然而，在疲勞循環(huán)后，發(fā)現(xiàn)UNSM引起的殘余應(yīng)力在深度上也更穩(wěn)定，在UNSM2和SSP2的情況下，獲得了關(guān)于松弛后殘余應(yīng)力分布的最穩(wěn)定數(shù)據(jù)。

激光沖擊噴丸技術(shù)的最新進(jìn)展和新應(yīng)用（1）

　　來(lái)自Battelle Memorial Insti，他們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過處理后，合金的抗應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）和疲勞性能得到了改善，這是LSP發(fā)展的關(guān)鍵事件，在這項(xiàng)研究之后，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)開始支持對(duì)LSP的研究，Clauer等人通過在樣品表面使用不同的限制層和吸，改變了沖擊波的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。

　　研究發(fā)現(xiàn)，在有約束層的情況下，沖擊波壓力可以達(dá)到GPa水平，金屬材料的疲勞性能可以顯著提高，因此，這種透明約束層和吸收層的組合也成為L(zhǎng)SP的典型模型。

　　Askar'yan和Moroz測(cè)量了高強(qiáng)度激光束對(duì)，發(fā)現(xiàn)該壓力足以控制航天器，然而，這些實(shí)驗(yàn)是在真空條件下進(jìn)行的，以防止介質(zhì)擊穿，這種條件在工業(yè)上并不實(shí)用。

　　來(lái)自Sandia實(shí)驗(yàn)室的Anderholm用激光束，發(fā)現(xiàn)透明約束層的存在可以顯著增加沖擊壓力，雖然這個(gè)實(shí)驗(yàn)也是在真空中進(jìn)行的，但它證明，在透明約束層的存在下，在空氣中不會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)擊穿的激光功率密度也可以產(chǎn)生足，這一觀察結(jié)果對(duì)于涉及激光產(chǎn)生的沖擊波的后期工業(yè)應(yīng)用，一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中采用法國(guó)GAIA-R Nd:YAG激光器。

　　采用波長(zhǎng)為1.064?μm、脈沖寬度(FWHM)為，聚焦后的激光光斑直徑為3?mm，激光脈沖能量為3?J，對(duì)應(yīng)的功率密度為4.24?GW/cm2，在重疊處理中。

　　如上圖所示的樣式的重疊率為13.4%，以最小化表面粗糙度增加（由I區(qū)和II區(qū)的不同沖擊時(shí)，doi.org/10.1002/adem.2020，圖1 LSP實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，Zhou等人發(fā)現(xiàn)，在水層或玻璃的一定厚度范圍內(nèi)。

　　增加水層厚度可以增加峰值壓力，然而，一旦超過臨界值，繼續(xù)增加約束層的厚度將降低峰值壓力，因?yàn)樗た梢陨⑸浼す猓^厚的水膜將吸收大量等離子體能量，此外，Takata等人通過聲發(fā)射分析研究了不同約束層參數(shù)。

　　他們發(fā)現(xiàn)，沖擊波壓力隨約束層的粘度增加而增加，最近，Xiong等人利用分子動(dòng)力學(xué)模擬在微觀尺度上研究了，他們發(fā)現(xiàn)雖然限制層可以有效地提高峰值壓力。

　　但保護(hù)層對(duì)壓力的影響很小，并且會(huì)在目標(biāo)表面引入雜質(zhì)，因此，為了獲得更好的加固效果，有必要為保護(hù)層和約束層選擇合適的材料和合適的材料參，SCLSP和HCLSP的重疊樣式，1．介紹。

　　隨著對(duì)性能改善材料需求的增加，LSP的應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)展到汽車工業(yè)、核工業(yè)、造船工，本文綜述了殘余壓應(yīng)力和晶粒細(xì)化對(duì)金屬材料機(jī)械性能的，討論了LSP的最新發(fā)展和目前面臨的挑戰(zhàn)和未來(lái)的發(fā)展，本文為第一部分，為了提高沖擊波壓力預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，Jiang等人考慮了等離子體傳播過程中目標(biāo)和約束層，摘要。

　　來(lái)源：Recent Developments an，Advanced Engineering Mate，LSP前后Ti6Al4V鈦合金的顯微組織，（a）和（b）LSP后近表面橫截面積的光學(xué)圖像，（c） LSP前后的SEM圖像，（e）（f）c和d中α晶粒的粒度分布，因此，本綜述的目的是全面概述LSP。

　　重點(diǎn)介紹LSP研究的最新進(jìn)展，首先，將考慮LSP的基本機(jī)制，包括沖擊波的產(chǎn)生及其如何影響殘余應(yīng)力狀態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)，接下來(lái)，將討論LSP對(duì)金屬材料機(jī)械性能的影響，隨后。

　　討論了LSP研究的最新進(jìn)展，包括WLSP、EP-LSP、CLSP、LPwC、F，以及LSP在增材制造金屬、陶瓷和金屬玻璃中的應(yīng)用，最后，提出了應(yīng)用LSP目前面臨的挑戰(zhàn)，以及未來(lái)的研究和發(fā)展方向。

　　為了平衡扭矩，LSP處理的樣品中也會(huì)產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力，這些應(yīng)力會(huì)加速疲勞裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，因此不允許出現(xiàn)在部件的關(guān)鍵區(qū)域，因此，必須仔細(xì)設(shè)計(jì)LSP加工模式，以確保殘余應(yīng)力得到適當(dāng)分布。

　　尤其是對(duì)于具有復(fù)雜幾何形狀的部件，Zhao等人利用FEM模擬了不同LSP模式裂紋附近，已經(jīng)證明，在優(yōu)化LSP模式時(shí)，通過降低有效應(yīng)力強(qiáng)度因子（SIF。

　　見圖6），可以最大程度地降低疲勞裂紋擴(kuò)展速率，由于該數(shù)值研究已通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到驗(yàn)證，因此，將FEM和SIF相結(jié)合的數(shù)值方法已被證明是設(shè)計(jì)適當(dāng)。

　　目前已經(jīng)發(fā)表了多篇關(guān)于LSP的總數(shù)文章，例如，Montross等人系統(tǒng)地討論了LSP對(duì)金屬合金微，Gujba等人將LSP與SP和超聲波沖擊噴丸進(jìn)行了，Liao等人總結(jié)了WLSP的基本機(jī)理及其對(duì)金屬材料，Kalainathan等人探索了LPwC的主要機(jī)理，以及它們對(duì)不同材料的影響。

　　Clauer發(fā)表了一篇綜述文章，討論了從激光誘導(dǎo)等離子體的發(fā)現(xiàn)到LSP商業(yè)化的歷史，然而，近年來(lái)發(fā)表的許多關(guān)于LSP的重要研究沒有在任何綜述，例如，其中包括LSP在增材制造金屬、金屬玻璃、陶瓷和其他。

　　其他重要的研究集中在LSP過程，包括EP-LSP、CLSP和FLSP，圖5多次LSP沖擊后LSP處理樣品的深度殘余應(yīng)力，插圖顯示了沖擊時(shí)間，然而。

　　由于當(dāng)時(shí)缺乏能夠產(chǎn)生短持續(xù)時(shí)間高能脈沖光束的可靠激，LSP技術(shù)無(wú)法實(shí)際用于工業(yè)應(yīng)用，Lawrence Livermore國(guó)家實(shí)驗(yàn)室成功，這臺(tái)激光器的脈沖能量是200?J、脈沖持續(xù)時(shí)間為2，從那時(shí)起。

　　LSP被認(rèn)為是一種可行的表面處理技術(shù)，可以顯著改善金屬材料的機(jī)械性能，并開始商業(yè)化，一些美國(guó)研究人員發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過LSP處理后，受損的F101風(fēng)機(jī)葉片顯示出比新葉片更高的疲勞強(qiáng)度，LSP隨后被用于處理F119發(fā)動(dòng)機(jī)上的第四級(jí)整體葉，磨損、腐蝕和疲勞是金屬材料80%以上失效的原因。

　　由于磨損、腐蝕和疲勞引起的大多數(shù)故障都是從材料表面，因此表面完整性對(duì)材料的整體性能有著至關(guān)重要的影響，表面完整性特征，包括硬度、微觀結(jié)構(gòu)、形貌、粗糙度和殘余應(yīng)力狀態(tài)，可以顯著影響磨損和腐蝕行為，通過提高硬度和在近表面區(qū)域引入有益的壓縮殘余應(yīng)力，激光沖擊噴丸（LSP）可以顯著改善金屬材料的疲勞性，圖3作為激光功率密度函數(shù)的峰值壓力測(cè)量。

　　在LSP過程中，脈沖激光束穿過透明限制層并照射吸收層，吸收層吸收激光能量，然后蒸發(fā)和電離，當(dāng)表面上的能量足夠高時(shí)。

　　等離子體就形成了，它將繼續(xù)吸收激光能量，由于約束層的存在，膨脹等離子體產(chǎn)生的沖擊波可以穿透目標(biāo)材料，當(dāng)沖擊波壓力超過材料的Hugoniot彈性極限（H，會(huì)發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致材料表層的微觀結(jié)構(gòu)變化，如晶格畸變、位錯(cuò)生成和晶粒細(xì)化。

　　此外，LSP還在近表面區(qū)域產(chǎn)生有益的壓縮殘余應(yīng)力，這將大大改善疲勞性能，圖4 LSP產(chǎn)生的壓縮殘余應(yīng)力示意圖，圖2 激光強(qiáng)度分布和相應(yīng)的沖擊壓力分布（α?=?0，2.LSP的基本機(jī)制，參考文獻(xiàn)：G，Askar'yan。

　　E，Moroz，Sov，J，Exp。

　　Theor，Phys，1963，16，163 8.，A。

　　H.Clauer，Metals 2019，9，626，激光沖擊強(qiáng)化(LSP)通過在近表面區(qū)域誘導(dǎo)加工硬化，改善了許多金屬構(gòu)件的疲勞性能，近年來(lái)，LSP在增材制造、陶瓷和金屬玻璃等新興領(lǐng)域有了許多。

　　此外，還報(bào)道了基于LSP的創(chuàng)新工藝開發(fā)，包括溫LSP、低溫LSP、電脈沖輔助LSP、無(wú)涂層，本文旨在對(duì)LSP工藝進(jìn)行全面回顧，重點(diǎn)介紹其新的應(yīng)用和創(chuàng)新工藝開發(fā)，簡(jiǎn)要回顧了LSP的歷史和關(guān)鍵事件。

　　還討論了LSP的基本機(jī)理，包括高能脈沖激光產(chǎn)生沖擊波、沖擊波產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力、，以及LSP如何誘導(dǎo)晶粒細(xì)化，綜述了殘余壓應(yīng)力和晶粒細(xì)化對(duì)金屬材料機(jī)械性能的影響，討論了LSP的最新發(fā)展，如基于LSP的創(chuàng)新工藝開發(fā)及其新應(yīng)用。

　　最后，還討論了LSP技術(shù)目前面臨的挑戰(zhàn)和未來(lái)的發(fā)展方向，江蘇激光聯(lián)盟陳長(zhǎng)軍導(dǎo)讀：，LSP過程示意圖如圖1所示，在典型的LSP裝置中，吸收層和限制層覆蓋樣品表面，黑漆和鋁箔通常用作吸收層，以防止金屬材料蒸發(fā)和蒸發(fā)。

　　而水或BK7光學(xué)玻璃通常用作限制層，以限制激光誘導(dǎo)等離子體的膨脹，從而增加沖擊波壓力和持續(xù)時(shí)間，保護(hù)層和約束層材料的選擇很重要，因?yàn)樗鼈儠?huì)影響沖擊壓力和持續(xù)時(shí)間。

　　Sano等人研究了不同約束介質(zhì)對(duì)沖擊波壓力的影響，發(fā)現(xiàn)等離子體在空氣中的膨脹速度大約是在水中的20倍，膨脹速度過快會(huì)導(dǎo)致沖擊波壓力降低，Li等人利用K9光學(xué)硼硅酸鹽冠玻璃作為約束層，發(fā)現(xiàn)K9玻璃可以通過一種類似于用水的機(jī)制顯著增加沖，因此，使用水或玻璃作為約束層可以確保沖擊波壓力的充分積累，從而增加峰值壓力和持續(xù)時(shí)間。

　　還開發(fā)了許多創(chuàng)新的LSP工藝，以應(yīng)對(duì)LSP應(yīng)用中的挑戰(zhàn)，Sano等人提出了無(wú)涂層LSP（LPwC），它使用低能激光加工金屬部件，隨后發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可提高沸水反應(yīng)器的抗應(yīng)力腐蝕性能，鑒于現(xiàn)有LSP技術(shù)的缺點(diǎn)，一些學(xué)者提出了新的LSP技術(shù)，如溫?zé)酟SP（WLSP）。

　　低溫LSP（CLSP），電脈沖輔助LSP（EP-LSP）和飛秒LSP（FL，為了應(yīng)對(duì)當(dāng)前增材制造（AM）技術(shù)的流行，Kalentics等人和Lu等人將選擇性激光熔化（，以更好地管理增材制造金屬的殘余應(yīng)力、微觀結(jié)構(gòu)和孔隙。

　　在LSP過程中，激光誘導(dǎo)等離子體產(chǎn)生的沖擊波到達(dá)目標(biāo)材料表面，到達(dá)時(shí)，沖擊波壓力的強(qiáng)度超過材料的HEL，但隨著傳播而衰減，因此，頂面層將承受垂直于表面的壓縮塑性變形，變形平行于表面擴(kuò)展。

　　當(dāng)沖擊波在材料中傳播時(shí)，其大小會(huì)衰減，當(dāng)沖擊波壓力低于HEL時(shí)，塑性變形區(qū)周圍會(huì)發(fā)生彈性變形，沖擊波消散后，彈性變形將恢復(fù)，塑性變形區(qū)將受到彈性變形材料的反作用力，產(chǎn)生有利的壓縮殘余應(yīng)力場(chǎng)。

　　該過程的示意圖如圖4所示，LSP處理可大大提高耐久性，防止表面裂紋，從而延長(zhǎng)使用壽命，降低維護(hù)和維修成本。

　　Leap等人報(bào)告說，LSP在改善艦載飛機(jī)鯊鉤的疲勞性能方面優(yōu)于SP，目前，LSP被廣泛用于多種合金的處理，如Ti?6Al?4V，Al2024，Inconel 718和Al7075。

　　LSP在生物醫(yī)學(xué)植入物治療中的應(yīng)用也有報(bào)道，Sealy等人利用LSP處理骨科植入物用的鎂-鈣合，發(fā)現(xiàn)LSP可以同時(shí)提高抗腐蝕性能和疲勞性能，抑制植入物在人體內(nèi)的快速降解和失效，Xiong等人結(jié)合LSP和微弧氧化技術(shù)，進(jìn)一步提高鎂合金植入物的抗應(yīng)力腐蝕能力，Zhang等人通過LSP改善了鎂合金植入物的機(jī)械性。

　　同時(shí)不影響細(xì)胞相容性，2.1 LSP過程中產(chǎn)生的沖擊波，江蘇激光聯(lián)盟陳長(zhǎng)軍原創(chuàng)作品，在LSP過程中，來(lái)自高能脈沖激光的光穿透透明約束介質(zhì)并照射燒蝕涂層，迅速將受影響區(qū)域加熱到高溫并產(chǎn)生高壓等離子體。

　　等離子體的膨脹會(huì)產(chǎn)生沖擊波，使目標(biāo)金屬發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致加工硬化和壓縮殘余應(yīng)力，與噴丸（SP）相比，LSP具有以下優(yōu)點(diǎn)，1） LSP可以產(chǎn)生更深層次的壓縮殘余應(yīng)力，2） LSP中的工藝參數(shù)可以精確控制，3） LSP后的零件表面完整性得到改善。

　　無(wú)需進(jìn)行后處理，4） LSP可用于處理具有復(fù)雜幾何形狀的部件，5）LSP處理效率高，有利于清潔的工作環(huán)境，由于LSP代表了可以替代SP的新一代表面強(qiáng)化技術(shù)。

　　因此得到了廣泛關(guān)注，除了LSP技術(shù)在工業(yè)上的發(fā)展，學(xué)術(shù)界對(duì)LSP過程的理解也有了重大進(jìn)展，例如，F(xiàn)abbro等提出了一個(gè)分析模型。

　　使用有限元法（FEM）來(lái)研究和描述沖擊波壓力與LS，Oca?a及其同事提出了一個(gè)全面的模型來(lái)理解激光沖，Wu和Shin提出了一個(gè)自封閉熱模型，用于研究LSP過程中激光燒蝕和等離子體形成與膨脹的，該模型能夠預(yù)測(cè)不同LSP條件下的血漿壓力，為了進(jìn)一步了解LSP對(duì)金屬材料微觀結(jié)構(gòu)的影響，Lu及其同事通過實(shí)驗(yàn)研究了LSP過程中不同目標(biāo)材料。

　　并提出了幾種不同的晶粒細(xì)化機(jī)制，F(xiàn)abbro及其同事提出了一個(gè)分析模型，用于描述存在約束層時(shí)等離子體壓力和激光參數(shù)之間的關(guān)，例如，圖2顯示了激光強(qiáng)度P(t) I(t) (Im=3?，可以觀察到，最大壓力與激光功率密度的平方根成正比，圖3顯示了峰值壓力與從分析模型和實(shí)驗(yàn)中獲得的激光功。

　　可以觀察到，當(dāng)激光功率密度超過臨界值時(shí)，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不再一致，在高激光功率密度區(qū)，峰值壓力不再隨激光功率密度增加而增加，這可以用介質(zhì)擊穿效應(yīng)來(lái)解釋，圖6裂紋擴(kuò)展速率與外部應(yīng)力強(qiáng)度因子。

　　2.2 LSP產(chǎn)生的壓縮殘余應(yīng)力，Lu和同事測(cè)量了經(jīng)過多輪LSP處理的LY2鋁的殘余，并驗(yàn)證了LSP誘導(dǎo)的塑性應(yīng)變可以在頂面上產(chǎn)生壓縮殘，隨著沖擊波在材料中傳播時(shí)衰減，塑性變形程度將逐漸降低，殘余應(yīng)力值也將隨深度而降低，從圖5可以看出，壓縮應(yīng)力的最大值存在于樣品表面。

　　并沿垂直于表面的方向逐漸減小至零，然后它轉(zhuǎn)化為拉應(yīng)力，產(chǎn)生拉應(yīng)力以平衡壓應(yīng)力，此外，殘余壓應(yīng)力的大小和深度將隨著沖擊次數(shù)的增加而增加，隨著撞擊次數(shù)的增加。

　　目標(biāo)的塑性應(yīng)變?cè)黾樱瑢?dǎo)致更高的應(yīng)力值和更深的壓縮層，上圖a和b顯示了LSP后片狀Ti6Al4V鈦合金的，觀察到少量孔隙，但無(wú)明顯裂縫或不完全溶解。

　　細(xì)化的等軸α晶粒在圖a中可以清晰地觀察到明亮相，在圖b的偏振光圖像中可以清楚地觀察到紫色相，如圖b所示，細(xì)化層的厚度可以達(dá)到400?μm，圖c和d顯示了LSP前后晶粒結(jié)構(gòu)的SEM圖像。