激光沖擊強化研究現狀與展望

高玉魁， 蔣聰盈

（同濟大學航空航天與力學學院，上海 200082）

高玉魁

博士，同濟大學航空航天與力學學院教授和博士生導師，主要從事航空航天先進材料與制造技術、表面完整性和結構完整性、殘余應力、表層改性等研究，發表學術論文50余篇，出版專著1部。

激光沖擊強化（Laser Shock Peening，LSP）是一種利用短脈沖激光束對材料表面進行改性，提高材料的抗疲勞、磨損和應力腐蝕性能的技術。激光沖擊強化可以同時做到在材料表面產生殘余壓應力，降低表面粗糙度，提高表面硬度，改善組織結構等效果[1]。相比于傳統的噴丸強化，激光沖擊強化具有非接觸、無熱影響區和強化效果突出等特點。同時，激光沖擊強化不會破壞材料表面完整性且產生的殘余應力場深度較深。

激光沖擊強化的發展可以追溯到20世紀60年代，當時科學家發現，激光可以產生沖擊波，從而使材料表面產生塑性變形[2]。1972年,美國科學家Fairand等研究了激光沖擊后材料表層的微觀結構變化和位錯，提出激光沖擊可提高7075鋁合金抗疲勞性能和抗應力腐蝕性能[3]。1973～1981年,美國Battelle學院Clauer等研究了激光沖擊的工業運用，提出用激光沖擊強化來替代傳統的噴丸強化[4]。1987年以來，以Fabbro為首的法國科學家在法國汽車工業的支持下對激光沖擊強化技術進行了系統性的研究，探索了激光沖擊產生沖擊波的機理和模型、激光沖擊后材料性能的變化等，提出了沖擊波峰值和壓力的估算公式[5]。1999年，Braisted和Brockman首次使用數值模擬的方法來對激光沖擊強化進行分析,并用試驗方法驗證了模擬的有效性[6]。……