高性能零件一般都工作在高速、高精、高可靠性或使役環(huán)境極其復雜惡劣的條件下，一般需通過表面改性的技術(shù)手段對其進行性能優(yōu)化，如噴丸、滾壓、化學處理、表面涂層等技術(shù)提高零件的性能。但是，這些傳統(tǒng)技術(shù)普遍存在廢品率高、加工效率低等難題，特別是性能指標難以保證。
新近發(fā)展的激光沖擊強化是利用強激光束產(chǎn)生的等離子體沖擊波以高強度瞬間應力的方式作用在金屬零件表面，導致零件表層發(fā)生位錯、孿晶、晶粒細化等微結(jié)構(gòu)組織演變，形成超過1mm厚的殘余壓應力層，從而大幅提高零件在惡劣苛刻使役條件下的硬度、強度、疲勞性能、耐磨性能和抗蝕性能。
自2009年起，中國科學院沈陽自動化研究所裝備制造技術(shù)研究室激光沖擊強化研究團隊在承擔國家“863”計劃項目、中國科學院知識創(chuàng)新工程重要方向性項目、中國科學院戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)科技行動計劃項目、企業(yè)委托開發(fā)項目等多項縱橫向課題的基礎(chǔ)上，針對高性能零件激光沖擊強化基礎(chǔ)理論進行了深入的研究和實驗分析。截至目前已解決激光沖擊強化加工質(zhì)量穩(wěn)定性問題，實現(xiàn)了精準控制，另外，團隊還揭示了激光沖擊強化機理，掌握了激光沖擊作用下的微結(jié)構(gòu)及殘余應力演變規(guī)律。
該團隊通過開展深入研究和實驗，構(gòu)建了多功能的高性能零件激光沖擊強化設(shè)備系統(tǒng)（如圖1所示），加工質(zhì)量不穩(wěn)定度控制在±2.8%以內(nèi)，光強實現(xiàn)平頂分布（如圖2所示），并提出了路徑自動規(guī)劃和離線仿真方法、聲波在線質(zhì)量檢測和光束轉(zhuǎn)換方法、實現(xiàn)了制造過程的數(shù)字化控制、零件性能的定量預測以及零件性能逐點可控的主動加工方式。建立了激光等離子體沖擊波能量、激光參數(shù)、約束層參數(shù)與材料組織性能之間的定量描述（如表1所示），分析了激光沖擊波力學效應加工過程中出現(xiàn)的各種非線性強耦合、多尺度效應、強時空變化現(xiàn)象對加工性能的影響規(guī)律以及對激光沖擊響應、材料動態(tài)力學行為、金屬材料微觀結(jié)構(gòu)演化規(guī)律（如圖3和圖4所示），突破了大型高性能零件性能再提高的技術(shù)瓶頸。
相關(guān)科研成果已發(fā)表在Chinese Journal of Aeronautics， Applied Surface Science 等多個期刊上。
圖1. 激光沖擊強化系統(tǒng)
圖2. 光強能量分布
圖3. TiAl合金激光沖擊強化前后織構(gòu)的變化
圖4. TiAl合金微觀組織形貌。a）母材；b）沖擊后位錯纏結(jié)；c）沖擊后位錯孿晶；
d）沖擊后位錯割接；e）沖擊后位錯墻；f）沖擊后亞晶界
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