Java|激光冲击喷丸技术的最新进展和新应用（3）( 二 ) Java

在他们的研究中，比较了有和没有纳米颗粒的材料在拉伸塑性变形过程中的位错密度演变（见下图）。如图a所示，在12ns后，有纳米颗粒的样品中的位错密度远高于没有纳米颗粒的样品中的位错密度。如图b所示，在无颗粒的MDDD单元中观察到位错滑移带。与无颗粒的MDDD单元相比，有颗粒的MDDD单元具有更高的位错密度和更均匀的位错结构分布（图c）。这是由纳米颗粒施加在位错上的钉扎效应引起的。较高的位错密度代表了纳米级沉淀颗粒诱导的额外加工硬化能力，这导致WLSP样品的高强度和高延展性。

（a）有无纳米颗粒塑性变形过程中位错密度的演化；（b）未添加纳米颗粒8 ns后的位错分布图像（红色箭头指向滑移带），以及（c）添加100纳米颗粒8 ns后的位错分布图像。
4.2低温激光冲击喷丸
CLSP结合了低温塑性变形和LSP超高应变率的优点。在CLSP工艺中，将样品浸入液氮中，以获得低温工艺条件。由于温度极低（液氮的沸腾温度， 77?K），水不能作为隔离介质，而是使用玻璃。随着温度降低，引发位错滑移所需的流动应力增加，变形孪晶在低温环境中占主导地位，在CLSP处理的铜样品中产生更多变形孪晶。变形孪晶可以作为晶界来抑制位错的移动，从而提高样品的强度。此外，当大量位错在孪晶界附近累积时，会出现应力集中。因此，这些孪晶界也可以用作位错发射源，提供新的位错以保持材料的延展性。因此，经CLSP处理的铜具有高强度和高延展性。
与室温LSP相比， CLSP还可以降低启动相变所需的临界机械驱动力，从而在304不锈钢中诱导更多的马氏体。与室温LSP处理的样品相比， CLSP处理的样品中产生的致密位错、变形孪晶和变形诱发马氏体使这些样品具有更好的机械性能，如硬度、屈服强度和疲劳性能。 Li等人在一项针对钛合金的CLSP研究中证明， CLSP导致更高的缺陷密度和更多孪晶，从而导致更高的表面纳米硬度（12.86?与室温下的LSP相比， GPa增加了30.96% ，弯曲疲劳性能更好。）
4.3电脉冲辅助激光冲击喷丸
对于塑性相对较低的金属，通过LSP诱导压缩残余应力是一个挑战。提高工件温度（如WLSP）可以显著提高其塑性，从而有效防止LSP加工过程中表面裂纹的形成。与热加热相比，电阻加热可以通过电阻热效应降低流动应力，从而有效地提高金属材料的塑性。最近的一项研究表明，当有效电流密度相同（即恒定热效应）时，脉冲电流比连续电流（CC）更有效地降低材料的流动应力。
从图19可以看出，即使热效应是一致的，脉冲电流也比CC更有效地降低流动应力。这种现象被称为“电塑性效应” 。通过利用脉冲电流诱导的电塑性效应， Zhang等人提出了EP-LSP的概念。在EP-LSP期间，样品同时承受高频(100 ~ 500 Hz)的短时脉冲电流(脉冲宽度为100 μs)和超高应变率。
图19 a） Ti64样品在连续和脉冲电流下的温度分布和b）应力-应变曲线。
为了揭示EP-LSP的基本机制， Zhang等人将EP-LSP与连续电流辅助LSP（CC-LSP）进行了比较。调整电气参数，使EP-LSP和CC-LSP的热加热效果相同。在一组五种不同的EP-LSP测试中，峰值电流密度从EP-LSP1逐渐增加到EP-LSP5 ，并调整频率以确保恒定的热加热效果。如图20a所示， LSP工艺几乎不会改变样品的硬度，而CC-LSP和EP-LSP处理显著提高了硬度。 EP LSP处理的样品比CC LSP处理的样品硬度更高，峰值电流密度越高，硬化效果越显著。此外， EP-LSP还会导致更深的硬化层，如图20b所示。脉冲电流可以更有效地降低流动应力，从而产生更高的硬化效果和更深的硬化层。预计EP-LSP可以带来更好的疲劳性能，但这一预测仍需通过实验加以证实。

图20 a） LSP、CC-LSP和EP-LSP处理的表面硬度和b）深度硬度。
选择合适的EP参数对于实现最佳EP-LSP效果非常重要。不过到目前为止，只有Zhang等人的一项研究调查了EP-LSP参数。基于本研究，峰值电流密度越高的EP电流越好，因为较高的峰值电流密度可以更有效地降低Ti64合金的流动应力。值得注意的是，在这项研究中，没有更高的峰值电流密度。需要更深入的研究来了解EP参数对EP-LSP结果的影响。
4.4无涂层激光冲击喷丸
激光冲击焊接的一个主要障碍是需要有一层保护层来防止目标金属的热损伤。在处理复杂的几何形状时，不能有效地应用保护层，这将大大降低LSP的效率。 LPwC就是为了应对这一挑战而提出的。在LPwC中，没有吸收层，使得低能脉冲激光束直接照射样品，导致表面汽化和电离，产生等离子体。等离子体继续吸收激光能量，直到形成冲击波，传播到材料中，引起微观结构变化和压缩残余应力。