微尺度激光噴丸強(qiáng)化TiN薄膜的響應(yīng)及力學(xué)性能研究.pdf

1、微尺度激光噴丸強(qiáng)化是一種主要應(yīng)用于微小金屬構(gòu)件或金屬薄膜材料表面處理的技術(shù),其采用微米量級(jí)的高能短脈沖激光束誘導(dǎo)的高壓沖擊波在材料表層形成一定的有益殘余壓應(yīng)力分布,從而達(dá)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(xì)分析微尺度激光噴丸強(qiáng)化理論機(jī)理的基礎(chǔ)上,采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,對(duì)微米厚度的TiN薄膜表面進(jìn)行微尺度激光噴丸強(qiáng)化處理,主要研究工作如下:
　　 介紹了微尺度下激光誘導(dǎo)等離子體沖擊波的傳播特性及其波

2、前運(yùn)動(dòng)方程,并在此基礎(chǔ)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(jī)制,分析了金屬材料在動(dòng)態(tài)高壓沖擊波作用下的塑性變形過(guò)程以及殘余壓應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理；從應(yīng)力強(qiáng)化和組織強(qiáng)化兩方面討論了材料表面在激光沖擊波作用下的微觀強(qiáng)化機(jī)理。
　　 在微尺度激光噴丸強(qiáng)化過(guò)程的有限元理論及關(guān)鍵技術(shù)分析處理的基礎(chǔ)上,采用有限元軟件ABAQUS,建立了微尺度激光噴丸強(qiáng)化薄膜-基體結(jié)構(gòu)的有限元數(shù)值模型；計(jì)算并分析了TiN薄膜-硬質(zhì)合

3、金基體由于熱失配引起的殘余熱應(yīng)力,以及經(jīng)單點(diǎn)微尺度激光噴丸后所形成殘余應(yīng)力的大小和分布。
　　 利用Design Expert統(tǒng)計(jì)優(yōu)化軟件的響應(yīng)面功能,基于數(shù)值模擬結(jié)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(duì)薄膜殘余應(yīng)力場(chǎng)的影響程度；在此基礎(chǔ)上,建立了多參數(shù)作用下TiN薄膜表面平均殘余壓應(yīng)力的二次回歸模型。
　　 對(duì)TiN薄膜試樣進(jìn)行了微尺度激光噴丸強(qiáng)化實(shí)驗(yàn),并對(duì)實(shí)驗(yàn)前后試