楊 啟，付雪松，周文龍

（1.大連理工大學遼寧省凝固控制與數(shù)字化制備技術(shù)重點實驗室，大連 116085；2.河南省微納米能量儲存與轉(zhuǎn)換材料重點實驗室，許昌461000；3.許昌學院新材料與能源學院，許昌 461000）

隨著世界工業(yè)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，各種極端和復雜條件下的工程需求日益增加，人們對機械裝備構(gòu)件的綜合性能提出了更高要求。尤其在關(guān)乎國家安全與發(fā)展的重大領(lǐng)域，如航空、航天、航海、石化、電力等，尺寸超大或精密的關(guān)鍵零部件具有舉足輕重的地位，其性能要求也愈發(fā)嚴苛。此類構(gòu)件大多造價不菲且不易更換，如何進一步提升其機械性能，延長服役期限，是世界科研工作者面臨的共同問題。學者們研究發(fā)現(xiàn)，在實際應用中，材料的失效大多發(fā)生在表面或亞表面。因此，表面強化的理念開始出現(xiàn)并被逐步認可，現(xiàn)已成為眾多機械產(chǎn)品，尤其是關(guān)鍵零部件制造過程中的關(guān)鍵工序，直接催生了各類表面強化技術(shù)的蓬勃發(fā)展[1-3]。

目前，常用的表面強化技術(shù)主要包括降低表面粗糙度（如精磨、機械拋光和電解拋光等）、表面熱處理與化學處理（如表面淬火、滲碳、滲氮、滲鉻、碳氮共滲等）[4-7]、表面形變強化處理（如機械噴丸、激光噴丸、超聲噴丸、低塑性拋光等）、表面復合強化處理（如表面淬火+噴丸和表面化學/熱處理+噴丸等）[8-10]。其中，表面形變強化處理（以下稱為表面強化）因工藝簡單、易于實現(xiàn)，且不受場地和工件尺寸的限制，在工程領(lǐng)域得到了廣泛應用。表面強化處理一般可以使表層晶粒細化，顯著提高表面硬度和強度，表面細化的組織和大量的位錯可有效抑制疲勞裂紋的萌生，表面殘余壓應力和內(nèi)部粗晶結(jié)構(gòu)降低了裂紋的擴展速率，從而有效提高材料的疲勞壽命[11-13]。

激光噴丸是在傳統(tǒng)噴丸基礎上發(fā)展起來的新型強化技術(shù)。采用高頻、高功率、短脈沖激光束穿過中間約束層（常用水流、玻璃）沖擊帶有吸收層（又稱燒蝕層，常用鋁箔、黑漆）的工件表面，如圖1所示[14]。吸收層受激光輻照迅速氣化、電離，形成等離子體。等離子體持續(xù)吸收能量體積急劇膨脹，其膨脹過程受到約束層的約束作用，產(chǎn)生向靶材內(nèi)部傳播的強沖擊波。由于沖擊波的峰值壓力遠遠高于材料的動態(tài)屈服強度，可引起材料表層及內(nèi)部組織的改變，進而改善材料的微觀結(jié)構(gòu)及其應力分布，提高其抗疲勞、抗磨損和抗應力腐蝕等性能。與傳統(tǒng)噴丸工藝相比，激光噴丸屬于“冷加工”工藝,具有以下幾個特征[15]：

（1）超高壓力/高應變率：采用的脈沖能量僅為微焦（μJ）到毫焦（mJ）量級，光斑尺寸在微米（μm）量級到毫米量級，其誘導的沖擊波峰值壓力可達吉帕（GPa）量級。超高壓力引起的靶材應變速率可達到107s-1量級，較之常規(guī)的機械噴丸，其塑性變形層深度和殘余壓應力層深均有大幅提升。

（2）超快過程/高能量利用率：采用脈沖寬度為納秒級（ns），所產(chǎn)生的沖擊波作用時間也在納秒級，將光能轉(zhuǎn)變成沖擊波機械能，實現(xiàn)了能量的高效利用。

（3）可控性高/穩(wěn)定性好：激光參數(shù)、作用時間、噴丸路徑及聚焦光斑尺寸均精確可控，工藝穩(wěn)定性高，重復性好，可適應不同場合、不同表面的選擇性定域化處理。

總體上看，激光噴丸技術(shù)具有良好的柔性和適應性，在宏、微觀表面工程領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。本文綜述了相關(guān)領(lǐng)域的國內(nèi)外研究進展，總結(jié)了目前激光噴丸技術(shù)的主要應用方向，并就未來激光噴丸的發(fā)展趨勢進行了展望。

激光噴丸技術(shù)發(fā)展歷程

圖1 激光噴丸原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of laser shot peening

1962年，前蘇聯(lián)別捷列夫物理研究所（P.N.Lebedev Physics Institute）的科學家Askaryan 等[16]首次用高強度光子束對金屬表面施加壓力，發(fā)現(xiàn)實際壓力比計算值高幾個數(shù)量級。經(jīng)分析得知，實際壓力來自靶材表面物質(zhì)受激光輻照蒸發(fā)所產(chǎn)生的反沖壓力。1964年，美國國家航天局（NASA）的Neuman[17]研究發(fā)現(xiàn)，采用50ns的激光脈沖所產(chǎn)生的反沖壓力要比1ms激光脈沖所得反沖壓力大5倍。該成果吸引了學術(shù)界的關(guān)注，一批學者開始從事激光產(chǎn)生應力波的擴展性研究。1968年，美國Sandia 國家實驗室的Anderholm[18]采用脈寬為12ns，功率密度為1.9GW/cm2的激光脈沖，透過6mm的石英盤輻照鋁膜，得到了3.4GPa的壓力峰值。該試驗首次證明，在不引起空氣中介電擊穿的波束功率密度下，使用透明覆蓋層可以獲得顯著的沖擊壓力。這一突破性成果為后續(xù)幾年探索激光誘導沖擊波作為材料加工工具的研究打開了大門。不久后，學者們就開始關(guān)注激光誘導沖擊波施加于金屬產(chǎn)生的影響。1970年，莫斯科國立大學羅蒙諾索夫分校（M.V.Lomonosov Moscow State University）的Mirkin[19]提出，高能量的短激光脈沖能夠?qū)⑾鄬^高的壓力沖擊波施加于金屬表面，研究表明，鐵素體表面經(jīng)激光誘導沖擊波作用后，在激光輻照坑下方5mm深度處有孿晶生成。該成果首次證實，激光誘導沖擊波可對金屬微觀結(jié)構(gòu)和硬度產(chǎn)生影響。1972年，Benjamin Wilcox 團隊[20]采用功率密度為1.2～2.2GW/cm2、脈寬32ns的高斯脈沖，對厚度為1.35mm的7075鋁合金拉伸試樣進行雙側(cè)表面處理，使其屈服強度提升了18%，且透射電鏡分析表明，屈服強度的提升來自微觀結(jié)構(gòu)中位錯密度的顯著增加，即應變硬化機制。此后，越來越多的學者將目光聚焦于激光沖擊改善金屬性能的研究。20世紀80年代，瓦格納鑄件公司（Wagner Castings）率先采用水和黑色涂料作為中間約束層和吸收層，使用30ns激光脈沖對鐵鎳合金缺口拉伸試樣進行了激光噴丸（Laser shot peening，LSP）處理，結(jié)果表明試樣疲勞壽命有了明顯提升。自此以后，激光噴丸開始逐步發(fā)展為激光沖擊加工的重要分支，而水/黑色涂料組成的約束層/吸收層體系也成為激光噴丸的經(jīng)典工藝。正由于看到了激光噴丸改性在提供深層殘余壓應力和改善金屬疲勞性能方面的應用前景，瓦格納公司大力推行激光噴丸的商業(yè)化，并于1984年資助了第一代激光原型機（高能脈沖激光系統(tǒng)）的設計和制造，同時派出代表在航空航天、汽車、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域展開演講和宣傳。盡管人們已經(jīng)逐步認識到，激光噴丸形成的殘余壓應力層深可達10mm，相較于傳統(tǒng)噴丸引入的0.1～0.5mm 殘余壓應力，在提升構(gòu)件疲勞性能方面具有優(yōu)勢，然而，限于早期激光噴丸系統(tǒng)較低的生產(chǎn)和服務能力以及工藝成熟度，其并未受到企業(yè)青睞，這一困境在1990年迎來了轉(zhuǎn)機。1990年10 月和12月，美國空軍兩架B-1B 轟炸機在飛行中引擎關(guān)閉，原因是F101 發(fā)動機第一級風扇葉片上的異物損壞（Foreign object debris，F(xiàn)OD）。在飛行中，疲勞裂紋從FOD 開始蔓延到整個葉身，導致葉片破碎分離，分離的葉片被吸入引擎最終引起嚴重故障。為了避免這類事件，瓦格納公司應軍方要求對4個一級F101 發(fā)動機風扇葉片前緣進行了激光噴丸處理，處理后的葉片經(jīng)受了嚴格的疲勞測試。結(jié)果顯示，即使前緣疲勞敏感區(qū)存在1個6mm 深的預制缺陷，經(jīng)激光噴丸處理后其疲勞壽命仍可與原始的未損壞葉片疲勞壽命持平。自此，激光噴丸的優(yōu)異效果開始被人們認同，激光噴丸技術(shù)也獲得了迅速發(fā)展并被應用于多個領(lǐng)域。時至今日，激光噴丸技術(shù)在材料抗疲勞、抗磨損、抗腐蝕改性中發(fā)揮著越來越重要的作用，并將作為復合處理方法的關(guān)鍵組成技術(shù)受到學者們的持續(xù)關(guān)注。我國學者也在激光噴丸領(lǐng)域開展了諸多頗有建樹的工作，江蘇大學[21-23]、空軍工程大學[24]、西安航空發(fā)動機有限公司[25]等分別將激光噴丸應用于鈦合金、鋁合金等航空基材及關(guān)鍵零部件的表面處理，使其抗疲勞性能有了明顯改善，尤其是以周建忠教授為代表的江蘇大學團隊，在激光噴丸強化試樣數(shù)值模擬方面取得了較大進展，為激光噴丸工藝優(yōu)化設計和試樣疲勞壽命預測提供了有力支撐。

激光噴丸對材料表面完整性的改善

材料表面完整性主要包含兩方面：材料表面紋理變化，包括表面粗糙度和宏觀缺陷等；材料物理性質(zhì)變化，包括顯微組織、表面硬度和殘余應力等。激光噴丸工藝參數(shù)（脈沖功率密度、脈沖寬度、噴丸路徑、覆蓋率）的選擇影響改善材料表面完整性的效果。

粗糙度方面，單次激光脈沖會在材料表面留下微坑，如圖2所示[14]。隨噴丸道次增加，大量微坑相互疊加，受噴部位將變得凹凸不平。Hu等[26]研究了激光噴丸不同覆蓋率下增材制造TC4（Ti-6Al-4V）鈦合金的表面完整性，結(jié)果表明：100%覆蓋率時，相較原始表面粗糙度有明顯提升，但在300%及500%覆蓋率條件下，表面粗糙度變化不大；此外，激光噴丸造成的機械變形還可降低增材制造TC4鈦合金的孔隙率。Rai 等[27]對9Cr-1Mo（P91）鋼進行激光噴丸處理后發(fā)現(xiàn)，其表面粗糙度相較原始表面略有提升，Ra值由12.5μm 增長至14.7μm，與常規(guī)噴丸相比，激光噴丸對材料表面粗糙度的改變十分有限。Soyama[28]采用空化噴丸、水射流噴丸、激光噴丸、機械噴丸等不同技術(shù)對316L 不銹鋼進行了表面處理，并對不同處理后的表面完整性特征進行了對比分析，結(jié)果表明：機械噴丸處理后試樣表面粗糙度明顯高于其他3種處理技術(shù)，激光噴丸與空化噴丸效果類似，均在一定程度上改變了材料表面形貌，水射流噴丸對表面粗糙度影響很小。

圖2 激光噴丸前后表面形貌Fig.2 Surface morphology before and after laser shot peening

表層硬度方面，激光噴丸因使材料表層發(fā)生了顯著應變硬化而使局部硬度值有明顯提升，形成了從表層到基體依次降低的硬度梯度，且硬度提升效果隨激光噴丸道次、覆蓋率及束流功率密度的增加而增長[29-30]。同時，與常規(guī)噴丸類似，激光噴丸對硬度的提升也存在“飽和值”，即當材料表層硬度達到一定程度后，即使繼續(xù)增大脈沖功率密度，增加噴丸道次和覆蓋率，材料硬度也難以進一步增加[28]。Cui 等[31]對6061 鋁合金表面進行激光噴丸處理，并將硬化層劃分為外表層的劇烈塑性變形區(qū)和次表層的溫和塑性變形區(qū)；次表層硬度值由基體的75HV 大幅提升至135HV，外表層硬度值保持在135～140HV，說明次表層位錯密度迅速增加，至外表層達到最大，其硬度增長規(guī)律與常規(guī)噴丸基本一致。

表層殘余應力方面，與機械噴丸、超聲噴丸、水射流噴丸等表面改性方法相比，激光噴丸引入的殘余壓應力層深要大得多[32]，使其在抑制疲勞裂紋擴展方面具有優(yōu)勢。Kashaev等[33]觀察到，經(jīng)激光噴丸處理后，AA2024 鋁合金的疲勞裂紋擴展速率有明顯延遲。Kattoura 等[34]通過激光噴丸在Inconel 718 高溫合金表層引入了很深的殘余壓應力，顯著改善了試樣的疲勞性能。值得注意的是，常規(guī)噴丸處理后試樣的殘余壓應力分布大多為“對號”型，即最大殘余壓應力出現(xiàn)在次表層[35-37]，而激光噴丸后表層殘余壓應力幾乎全部呈單調(diào)分布，即最大殘余應力在外表面出現(xiàn)[27-33]，產(chǎn)生上述差異的原因至今仍不明晰。

微觀組織方面，由于激光噴丸可以在瞬間產(chǎn)生極高的局部壓力，故受噴零件表層應變速率很大，可達到106～108s-1，相較常規(guī)噴丸（104～105s-1）要高出2～3個量級。Rai 等[27]研究得出，9Cr-1Mo（P91）鋼激光噴丸后微觀組織演變?yōu)槲诲e主導，表層組織先后經(jīng)歷了：大量位錯開動→位錯墻生成→位錯墻吸收內(nèi)部位錯形成亞晶等過程。與Li 等[38]采用機械噴丸對TC4鈦合金進行表面強化處理得到的結(jié)論類似，微觀組織演變以位錯纏結(jié)、位錯墻、位錯胞、亞晶等為主要特征。Zhao 等[39]引用應力波前方位錯密度模型解釋了表層的高密度位錯結(jié)構(gòu)。

其中，ρd為應力波前方位錯密度，k為取向參數(shù)，b0為伯氏矢量，v為泊松比，V和V0分別代表受壓前后體積。由式中可以看出，表層某深度位錯密度與局部體積壓縮率V/V0呈反比，表面受應力波影響最大，體積壓縮最嚴重，因而位錯密度最高；次表層隨深度增加，體積壓縮程度逐步降低，位錯密度也隨之下降。Lou 等[40]對不同層錯能的金屬材料經(jīng)激光噴丸處理后表層組織演變規(guī)律進行了研究，結(jié)果表明：對于層錯能較高的金屬（如TC6），位錯滑移是其表層主要變形機制，位錯運動形成位錯壁和位錯細胞，隨應變積累形成亞晶，并最終通過吸收位錯生成大角度晶界，使晶粒得到細化；對于層錯能較低的金屬（如AISI 304 不銹鋼），分位錯難以交叉滑移形成位錯墻和位錯胞，而更傾向于生成孿晶，這是因為孿晶在塑性變形過程中會阻礙位錯的運動，在持續(xù)激光噴丸過程中，材料表層依靠孿晶分割形成亞晶界，最終實現(xiàn)晶粒細化。Lainé 等[41]借助電子背散射衍射（Electron back scattered diffraction，EBSD）對TC4鈦合金在機械噴丸和激光噴丸下應變層晶粒取向分布（Grain orientation spread，GOS）進行了細致表征，并對微觀變形機制進行了深入探討（圖3），提出了在機械噴丸造成的高應變速率下，微觀組織中可同時觀察5 位錯纏結(jié)和形變孿晶，而在激光噴丸帶來的超高應變速率（106s-1）下，僅在近表層觀察到了數(shù)量極少的納米尺度孿晶，較深處形變孿晶消失，其微觀組織主要由平面位錯、位錯墻及位錯胞構(gòu)成，將這一發(fā)現(xiàn)解釋為出現(xiàn)了適配超高應變速率的高速位錯，該發(fā)現(xiàn)也為其他學者[42]提出的高速位錯理論提供了又一證據(jù)。

圖3 TC4鈦合金不同應變速率下主導變形機制示意圖Fig.3 Schematic diagram of leading deformation mechanism of TC4 titanium alloy under different strain rates

激光噴丸對材料疲勞性能的改善

提升構(gòu)件疲勞性能是激光噴丸最為重要的用途之一，包括拉-拉、拉-壓、彎曲和扭轉(zhuǎn)疲勞，以及微動疲勞。Kattoura 等[34]采用激光噴丸對ATI718合金進行表面處理，并對強化層微觀組織和殘余應力進行了表征，經(jīng)試驗得出：激光噴丸使試樣拉-拉疲勞性能有了明顯改善。Ganesh等[43]研究了激光噴丸對彈簧鋼疲勞性能影響，結(jié)果表明：激光噴丸使得試樣拉-壓疲勞性能顯著提升。Tan等[44]在鋁合金試樣上預制了不同形狀的裂紋，并研究了激光噴丸對疲勞裂紋生長行為的影響，結(jié)果表明：激光噴丸引入的深層殘余壓應力對各種缺口試樣疲勞裂紋擴展均有良好抑制作用，是鋁合金疲勞防護的有效方法。Kashaev 等[33]采用激光噴丸對2024 鋁合金疲勞裂紋擴展標準試樣缺口前端進行處理，引入裂紋開口位移（Crack opening displacement，COD）參數(shù)對裂紋尖端有效應力強度因子幅值（Effective stress intensity factor range，ΔKeff）進行了計算,結(jié)果表明，激光噴丸后試樣中存在多處裂紋閉合，裂紋擴展速率明顯降低。Hu 等[45]借鑒了Kashaev 等的研究方法，對2024-351 鋁合金激光噴丸前后裂紋擴展行為進行了探討，激光噴丸覆蓋初始疲勞裂紋擴展區(qū)后，殘余壓應力深度超過了1mm，若對試樣施加小間隙預裂處理（Pre-cracked specimen with LP，PCS-LP），則預裂試樣疲勞壽命比未噴丸試樣（Asreceived specimen，ARS）和噴丸但未預裂試樣（Standard specimen with LP，SS-LP）具有明顯提升，如圖4所示，激光噴丸后裂紋擴展時間較長且擴展速率明顯滯后，這主要來自塑性誘發(fā)裂紋閉合（Plasticity-induced crack closure，PICC）效應。Srinivasan 等[46]研究了激光噴丸對TC4鈦合金微動疲勞行為影響，旨在為發(fā)動機風扇葉片-榫槽微動疲勞損傷提供解決方案，其結(jié)果表明：在高、中、低3種載荷下，激光噴丸均可有效提升試樣微動疲勞性能，其強化作用主要體現(xiàn)在抑制裂紋擴展方面。Liu 等[47]基于裂紋擴展應力強度因子門檻值ΔKth原理，認為如果激光沖擊引入的殘余壓應力保持穩(wěn)定，則鈦合金微動疲勞強度可從288MPa 提升至775MPa，但在微動載荷作用下殘余應力松弛非常嚴重。King 等[48]研究了激光沖擊榫結(jié)構(gòu)件微動疲勞性能，發(fā)現(xiàn)微動區(qū)殘余壓應力從800MPa 松弛至300MPa，應力松弛深度達到0.5mm，隨著殘余應力松弛程度增加，其對微裂紋擴展的抑制作用越差，相應的微動疲勞壽命降低，因此，殘余應力穩(wěn)定性是保障服役環(huán)境下激光沖擊強化抗疲勞/微動疲勞防護效果的關(guān)鍵。

激光噴丸對材料摩擦磨損性能的改善

激光噴丸帶來的表層應變硬化使其成為改善材料耐磨性能的手段之一。Tong 等[49]研究了激光噴丸處理對TC11鈦合金高溫磨損行為的影響，結(jié)果顯示：激光噴丸使材料表層硬度提升了28.54%（362.3HV →465.7HV），并且引入深度為700μm 左右的殘余壓應力層；微觀組織中出現(xiàn)形變孿晶、位錯纏結(jié)、位錯墻、位錯胞等，表層晶粒得到細化；在相同條件下，激光噴丸試樣抗磨損性能均優(yōu)于未處理試樣；高溫條件下TC11 合金的主要磨損機制為脫層磨損、黏著磨損和磨料磨損，而激光噴丸能有效降低脫層和磨料磨損，且表面可形成緊密壓實的連續(xù)摩擦層，避免次表層劇烈塑性變形的產(chǎn)生和次表層裂紋的萌生。Park等[50]對鑄造鋁硅合金表面進行了激光噴丸處理，并研究了試樣摩擦學特性的變化，結(jié)果表明：施加激光噴丸后，在50N、100N和150N的法向壓力下，試樣摩擦系數(shù)分別較原始試樣降低了19%、41%和45%（圖5），材料磨損損失降低了94%；激光噴丸試樣的磨屑顆粒比未噴丸試樣小得多，且尺寸均勻；激光噴丸造成的表層硬度增加、磨損顆粒的減小和表面粗糙度降低均有益于降低摩擦系數(shù)。孫昀杰等[51]對TC4 醫(yī)用鈦合金進行了不同道次和能量密度的激光噴丸處理，并對其生物摩擦磨損性能進行了研究，結(jié)果表明：激光噴丸使試樣表面硬度提升25.7%（296.1HV →372.1HV），摩擦系數(shù)和磨損量均隨噴丸能量的增加而降低，磨痕深度和寬度隨噴丸能量和道次的增加而減??；原始試樣磨損過程中出現(xiàn)大量氧化剝落，其磨損機制為氧化磨損、磨粒磨損和輕微黏著磨損，激光噴丸可有效降低氧化磨損，并顯著降低摩擦條件下TC4鈦合金在醫(yī)用環(huán)境下發(fā)生有害碎片剝落和有毒離子滲出的危險性。

圖4 ARS、SS-LP和PCS-LP試樣循環(huán)載荷下裂紋擴展行為Fig.4 Crack propagation behaviors of ARS,SS-LP and PCS-LP specimens under cyclic loading

激光噴丸對材料腐蝕性能的改善

近年來，激光噴丸對材料腐蝕性能的改善越來越為學者們所關(guān)注。Rai 等[52]研究了激光噴丸對P91 鋼高溫氧化行為影響，采用功率密度為3.9GW的激光脈沖對試樣進行了單次和3 道次噴丸處理，并將原始及噴丸試樣在600℃、650℃和700℃高溫下氧化5～200h后對比其氧化程度，結(jié)果表明：激光噴丸誘發(fā)的超細亞晶粒使單噴、3 噴試樣的裂紋和孔隙率明顯降低，氧化層的致密性均有提高，試樣抗氧化性能顯著提升（圖6），其原因是激光噴丸試樣表面超細晶的存在使有效激活能（Effective activation energy，Qeff）降低，氧化初期Cr和Mn 在基體中的擴散能力增強，形成了Cr和Mn（(Fe,Cr)2O3、Cr2O3和MnCr2O4）氧化物富集的保護層。張瑩等[53]對AZ31B 鎂合金薄板表面進行激光噴丸處理，通過測定激光噴丸前、后的動電位極化曲線，研究了激光噴丸對其電化學腐蝕性能的影響，發(fā)現(xiàn)激光噴丸后AZ31B 鎂合金自腐蝕電位正移51mV，腐蝕電流減少92.1%，而激光噴丸誘導的表層晶粒細化是其抗腐蝕能力提升的主要原因。Geng 等[54]在700℃、800℃和900℃下對IN718合金進行多道次激光噴丸處理，發(fā)現(xiàn)激光噴丸引入1mm 以上的晶粒細化層，細晶層中存在大量晶體缺陷（位錯、孿晶等），這些缺陷可為γ'、γ''和δ 沉淀相提供形核位置，并促進Cr 向外擴散，最終在表面形成富Cr的氧化物保護層，有效提升了試樣耐高溫腐蝕性能。周楷等[55]研究了激光噴丸對2195 鋁鋰合金組織結(jié)構(gòu)及抗應力腐蝕性能的影響，結(jié)果表明：在應力腐蝕環(huán)境中，激光噴丸引入的殘余壓應力和晶粒細化層能夠有效抑制裂紋的萌生和擴展，阻礙應力腐蝕斷裂的發(fā)生。周建忠等[56]研究激光噴丸誘導表面微織構(gòu)對AZ31B 鎂合金耐腐蝕行為的影響，結(jié)果表明：激光噴丸產(chǎn)生的微坑直徑和深度隨激光脈沖能量的增加而增大，隨噴丸道次增加先增大后趨于飽和；在相同的微織構(gòu)間距下，激光能量為1.0J、1.5J、2.0J時試樣自腐蝕電位分別較原始試樣正移95mV、123mV、151mV，自腐蝕電流密度分別減少36.48%、50.26%、60.42%；在相同的激光能量下，微織構(gòu)間距為1.0mm、1.5mm、2.0mm時試樣的自腐蝕電位分別較原始試樣正移145mV、134mV、123mV，自腐蝕電流密度分別減少50.26%、46.19%、44.34%；激光噴丸誘導的表面微織構(gòu)有效提升了AZ31B 鎂合金耐腐蝕性能，激光能量越高，微織構(gòu)間距越小，強化效果越好。

圖5 不同載荷條件下原始和激光噴丸試樣摩擦系數(shù)Fig.5 Friction coefficients of unpeened and laser shot peened specimens under different loading conditions

圖6 原始、單噴、3噴試樣氧化層界面形貌SEM圖片F(xiàn)ig.6 SEM micrographs of cross sectional morphology of oxidized layer of samples

展望

目前，激光噴丸技術(shù)在工業(yè)發(fā)展中起著越來越重要的作用，科技人員不斷開發(fā)新型激光噴丸系統(tǒng)和處理工藝，并期望將激光噴丸與其他表面強化技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)更好的協(xié)同作用效果，最大程度發(fā)揮激光噴丸在材料表面改性中的優(yōu)勢。Golden等[57]曾嘗試將激光噴丸和低塑性拋光（Low plasticity burnishing，LPB）技術(shù)作為類金剛石（Diamond like carbon，DLC）涂層的前處理工藝，用以改善TC4鈦合金的微動疲勞性能。Sundar 等[58]試圖通過對15-5PH 不銹鋼鍍鉻前進行激光噴丸處理，以解決其鍍鉻過程中產(chǎn)生的微裂紋對構(gòu)件疲勞性能造成的嚴重危害。目前，激光噴丸主要以一種單一的強化手段被應用，復合強化工藝方法仍需繼續(xù)廣泛探索。此外，工程應用中的一些微小組件，如：MEMS（Micro electro mechanical system）元件、小尺寸異種金屬焊接件、微型形狀記憶合金表面刻印件，以及大型精密設備的關(guān)鍵部位或零部件等，需求低能量、高頻率、占地面積小、運行成本低的激光噴丸處理設備。放眼未來，激光噴丸技術(shù)必將成為材料強化領(lǐng)域的利器，持續(xù)助力制造行業(yè)不斷發(fā)展。