针对医用植入体材料锆基金属玻璃在应用中存在的生物兼容性问题,采用纳秒激光在金属玻璃试样表面诱导产生点阵和沟槽两种微纳结构,然后采用细胞活性测试、细胞分布和形态观察评价两种微纳结构对锆基金属玻璃生物兼容性的改善效果,并从表面形貌方面讨论激光表面改性对生物兼容性的改善机理。结果表明:相对于原始试样,激光诱导产生的沟槽结构能够显著增强成骨细胞在试样表面的黏附性和细胞活性,这主要归功于显著增加的表面粗糙度;点阵结构对细胞活性的改善效果不理想。除此之外,在沟槽试样表面,激光诱导产生的沟槽以及在沟槽内附着的微纳结构是成骨细胞在沟槽内部或附近沿着沟槽方向分布的主要原因。

为探究轴向磁场对纯Ar感应耦合等离子体放电模式转换的影响, 设计并搭建一整套等离子体产生装置展开实验研究, 引入阻抗分析法对放电模式转换进行判断, 并得到了朗缪尔探针法的验证。实验发现, 当气压为10 Pa时, 轴向磁场强度的增加使得E-H和H-E模式转换的阈值功率增大; 同时, 随着轴向磁场的增强, 放电中心区域的电子密度不断降低。初步分析认为, 这是由于带电粒子在洛伦兹力作用下做回旋运动, 导致高能电子在垂直磁场方向上的碰撞减少, 降低了电子密度以及感应耦合效率。进一步分析电子能量概率函数(EEPF)发现, 在E模式下, 轴向磁场对电子运动的约束作用更加明显, 高能电子(>27 eV)所占比例增多, 电子能量分布更加均匀。

采用不同能量空间分布的激光对TC11钛合金进行了表面处理,通过X射线测试获得了试件经激光冲击后残余应力的分布规律。结果表明,在相同的工艺参数下,高斯分布激光处理的钛合金表面残余应力为-636.71 MPa,压应力影响层深度为1187 μm;平顶分布激光处理的分别为-559.20 MPa和811 μm。通过理论推算得到高斯分布激光产生的冲击波峰值压力是平顶分布的1.55倍。

采用激光冲击强化的方法改善了316L不锈钢焊接接头的耐腐蚀性能，分析了焊接接头表层的微观结构和残余应力分布。结果表明，激光冲击强化使焊接接头表层残余拉应力显著减小，提高了焊接接头的电极电位，阻碍了腐蚀介质向材料的扩散；同时，激光冲击强化细化了基体晶粒，形成了大量的滑移带和变形孪晶组织，延缓了应力腐蚀裂纹的扩展，增强了316L不锈钢焊接接头的耐腐蚀性能。

激光冲击强化是一种有效提高材料疲劳强度的表面处理技术。针对K24镍基高温合金模拟叶片特点, 文中提出采用无保护层激光冲击强化进行表面处理。同时采用X射线衍射、显微硬度计表征了不同参数冲击下材料截面残余应力和显微硬度变化规律, 并利用高周振动疲劳试验验证其强化效果。结果表明: 无保护层激光冲击强化处理后在材料表层形成一定数值的残余压应力, 冲击1、3、5次后表面残余应力分别为-428、-595、-675 MPa, 影响深度分别约为110、150、160 μm; 显微硬度冲击一次后提升了29.2%, 影响深度约为60 μm。采用不等应力冲击后K24镍基合金模拟叶片疲劳强度由原始试件的282 MPa提高到327 MPa, 提高了16%。

激光冲击强化利用激光冲击波力学效应可提高金属材料力学性能，现有实验手段难以测量波后动态物理参量、局部动态力学量以及微观组织动态运动过程。采用分子动力学方法，在300 K初始温度下对纯钛进行冲击模拟，观察到冲击加载下冲击波在纯钛中传播的动态双波结构，得到了加载过程中的力学量动态变化以及力学作用下孪晶的动态生长过程。塑性变形过程中，由于位错的塞积和释放，正应力上升的同时剪切力和流变应力不断下降，形成平行孪晶栅。在受冲击表面观察到了极薄的非晶层，其形成与超高应变率塑性变形和动态再结晶相关，且孪晶和非晶层结构均与透射电子显微镜结果吻合较好。

采用激光冲击强化(LSP)技术对TC4钛合金试件进行表面处理，利用空气炮试验系统对试件边缘进行外物冲击模拟，对外物打伤(FOD)试件进行拉-拉疲劳试验。结果表明，激光冲击强化有效提高了外物打伤TC4钛合金试件的疲劳强度；未强化试件疲劳裂纹源萌生在缺口根部靠近上表面的位置，强化试件的裂纹源萌生位置在材料内部，与缺口根部有一段距离，且裂纹萌生难度增大。数值应力分析结果表明，强化后试件凹坑的最大拉应力值为668.90 MPa，比强化前的1076.21 MPa减小了37.85%；强化后试件凹坑中心的残余拉应力比强化前平均减小了350 MPa；加载拉应力后，强化前后试件凹坑最大应力分别增大到1542.36 MPa和1124.37 MPa，强化后比强化前试件应力减小了30.22%，说明压应力对裂纹的萌生有明显的延缓作用。残余压应力的引入是激光冲击强化提高打伤试件疲劳强度的主要原因之一。

针对K24 镍基铸造合金材料表面粗糙度大引起吸收保护层贴合不紧密的问题，提出采用无保护层激光冲击(LSPwC)方法对K24合金进行强化，利用高周疲劳实验验证其强化效果，并从残余应力、微观组织方面讨论疲劳性能改善机理。实验结果表明：相对于原始叶片，LSPwC 后的模拟叶片的疲劳强度提高16%，保温后疲劳强度提高11%。LSPwC 在试样表层诱导产生高幅值残余压应力和高密度位错，从而提高模拟叶片的疲劳性能；保温后，大部分残余压应力发生松弛，位错结构具有较好的热稳定性，这是保温后模拟叶片疲劳性能提高的主要原因。

对渗铝、渗铝后强化、强化后渗铝的K417合金试件分别进行振动疲劳试验。试验结果表明，相对于渗铝处理，强化后渗铝试样的疲劳强度提高了50%，而渗铝后强化试样的疲劳强度提高了30%，这说明渗铝与激光喷丸强化复合工艺可以提高材料的疲劳性能，且强化后渗铝效果更好。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析激光喷丸强化与渗铝复合工艺顺序对材料力学性能的影响，讨论了疲劳性能的改善机理。结果表明，激光喷丸强化促进了渗铝过程，生成大量柱状晶，渗层厚度增加，渗层与基体的结合更加紧密，从而有效提升疲劳性能；而渗铝后强化主要对渗层表面进行了形变强化，疲劳性能的提升有限。

对K403镍基合金涡轮叶片进行激光冲击强化(LSP)，利用高温高低周复合疲劳试验验证其强化效果。试验结果表明：冲击后裂纹源区附近平坦区较冲击前变大，在快速扩展(FCG)区，激光冲击强化后疲劳条纹间距减小，有大量二次裂纹产生。且强化后在材料表层会引发晶粒细化以及高残余压应力，但在550 ℃/150 min保温下，残余应力部分发生松弛，但是表层细化结构有很好的热稳定性。相比冲击前样件，激光冲击强化后涡轮叶片疲劳寿命提高了140%。热松弛后的残余压应力和表面晶粒细化是镍基合金疲劳寿命提高的主要原因。