一、應(yīng)用背景

• 深層殘余壓應(yīng)力場：抑制裂紋萌生與擴展，提升疲勞壽命5-10倍（如F-35戰(zhàn)斗機發(fā)動機葉片壽命提升至2500小時）。
• 梯度納米晶強化：表層晶粒細化至納米級（50-200nm），同步提高硬度（提升20-50%）與韌性。
• 微缺陷修復(fù)：閉合鑄造/增材制造零件的孔隙和微裂紋，使TC4鈦合金疲勞強度從360MPa提升至480MPa。

二、基本原理

• 加熱階段：短脈沖（納秒級）高功率激光輻照吸收層（如黑漆、鋁箔），吸收層汽化形成高溫（>10? K）、高壓（>GPa）等離子體。等離子體膨脹受限（約束層如水、玻璃），產(chǎn)生激光沖擊波（LSW），壓力峰值可達10GPa。
• 絕熱冷卻階段：等離子體壓力隨時間衰減，壓力分布呈高斯型，沖擊波持續(xù)時間約為激光脈寬的3-6倍。
• 宏觀運動階段：沖擊波傳播至材料內(nèi)部，當壓力超過材料動態(tài)屈服強度（HEL）時，引發(fā)塑性變形，形成壓縮殘余應(yīng)力（CRS）和梯度納米結(jié)構(gòu)。

三、適合應(yīng)用材料

• 面心立方（FCC）材料：包括高堆垛層錯能材料（如鋁合金）、中等堆垛層錯能材料（如銅合金）和低堆垛層錯能材料（如304奧氏體不銹鋼）。
• 體心立方（BCC）材料：如馬氏體不銹鋼。
• 密排六方（HCP）材料：如鈦、鎂合金。

四、特點

五、協(xié)同創(chuàng)新

1、混合 LSP 技術(shù)

• 溫控激光沖擊強化（WLSP）：在動態(tài)應(yīng)變時效溫度下進行 LSP，利用熱 - 力耦合效應(yīng)促進位錯增殖、納米析出相形成及晶粒細化。能顯著提高殘余應(yīng)力的穩(wěn)定性，增強材料強度與延展性的協(xié)調(diào)，適用于鎳基高溫合金、鈦合金等，疲勞壽命可提升 3 - 5 倍。
• 低溫激光沖擊噴丸（CLSP）：在液氮溫度下進行 LSP，抑制動態(tài)回復(fù)，增加位錯密度并誘發(fā)機械孿晶。表面硬度提升 17% - 40%，疲勞強度提高 10% - 30%，尤其適用于低層錯能材料，如 CLSP 處理的鈦合金（TC6）疲勞壽命較傳統(tǒng) LSP 提高 32.9%。

2、組合 LSP 技術(shù)

• 增材制造 AM + LSP：調(diào)控 AM 零件的殘余應(yīng)力分布，將表面拉應(yīng)力轉(zhuǎn)為壓應(yīng)力，閉合內(nèi)部孔隙，形成梯度納米結(jié)構(gòu)，如激光粉末床熔融 Ti - 6Al - 4V 的疲勞極限提高 33.3%。
• 焊接后 LSP 處理：抑制焊接接頭熱影響區(qū)軟化，降低應(yīng)力腐蝕敏感性，如 TIG 焊接的鋁合金接頭經(jīng) LSP 處理后屈服強度提升 75%。
• LSP + 噴丸（SP）復(fù)合工藝：結(jié)合 LSP 的深層 CRS 與 SP 的高表面 CRS，顯著延長鈦合金的疲勞壽命，其 CRS 深度可達 2000μm。

3、集成 LSP 技術(shù)

• 3D - LSP：在 AM 層間插入 LSP 處理，逐層沖擊壓縮孔隙并細化晶粒，使 LPBF 316L 不銹鋼的孔隙率降低 95%，晶粒由柱狀轉(zhuǎn)為等軸狀，抗拉強度和延展性大幅提升。
• 激光沖擊焊接（LSW）：利用激光沖擊波實現(xiàn)異種金屬箔片的高速冶金結(jié)合，界面強度提升 40%。
• 激光沖擊納米壓印（LSI）：通過高應(yīng)變率沖擊在金屬表面制備 10nm 級功能結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于光學(xué)器件與傳感器。