微尺度激光噴丸強化TiN薄膜的響應及力學性能研究.pdf

1、微尺度激光噴丸強化是一種主要應用于微小金屬構件或金屬薄膜材料表面處理的技術,其采用微米量級的高能短脈沖激光束誘導的高壓沖擊波在材料表層形成一定的有益殘余壓應力分布,從而達到改善材料表面的抗磨損、抗腐蝕及疲勞性能等。本文在詳細分析微尺度激光噴丸強化理論機理的基礎上,采用數(shù)值模擬和實驗研究相結合的方法,對微米厚度的TiN薄膜表面進行微尺度激光噴丸強化處理,主要研究工作如下:
　　 介紹了微尺度下激光誘導等離子體沖擊波的傳播特性及其波

2、前運動方程,并在此基礎上探討了微尺度下沖擊波的二維壓力模型；根據(jù)沖擊波與固體材料的相互作用機制,分析了金屬材料在動態(tài)高壓沖擊波作用下的塑性變形過程以及殘余壓應力的產(chǎn)生機理；從應力強化和組織強化兩方面討論了材料表面在激光沖擊波作用下的微觀強化機理。
　　 在微尺度激光噴丸強化過程的有限元理論及關鍵技術分析處理的基礎上,采用有限元軟件ABAQUS,建立了微尺度激光噴丸強化薄膜-基體結構的有限元數(shù)值模型；計算并分析了TiN薄膜-硬質合

3、金基體由于熱失配引起的殘余熱應力,以及經(jīng)單點微尺度激光噴丸后所形成殘余應力的大小和分布。
　　 利用Design Expert統(tǒng)計優(yōu)化軟件的響應面功能,基于數(shù)值模擬結果,分析了三種激光工藝參數(shù)(激光功率密度、激光光斑直徑和噴丸次數(shù))在三種不同水平的組合下對薄膜殘余應力場的影響程度；在此基礎上,建立了多參數(shù)作用下TiN薄膜表面平均殘余壓應力的二次回歸模型。
　　 對TiN薄膜試樣進行了微尺度激光噴丸強化實驗,并對實驗前后試