镁合金是一种新型环保材料，在交通、航空、航天等需要轻量化的领域非常具有吸引力，被誉为“21世纪绿色金属结构材料”。镁合金作为密度最轻的结构材料，具备高比强度、良好的可回收性、优异的生物相容性等优点。然而镁合金也具有硬度强度低、成型性能差和耐腐蚀性能弱等缺点，限制了镁合金在工业上的广泛应用。
激光冲击加工知多少
激光加工是一种高度柔性和智能化的先进加工技术，被誉为“21世纪的万能加工方法”。激光加工技术具有工艺集成性强、材料适用范围广、加工精度及效率高等优点。激光冲击强化技术（Laser Shock Peening,LSP）是一种利用脉冲激光产生的冲击波来对材料表面实现改性和加工的技术，可以有效地提高金属部件的疲劳寿命等。
图片来源：金属加工热加工期刊
常规激光冲击强化技术原理是，先在金属表面贴服吸收层，侧面喷水形成透明薄膜，然后将高强度(GW/cm2)、短脉冲(8～30ns量级)激光穿过透明约束水层，作用于吸收层，吸收层在强激光作用下，瞬时产生高温、高压等离子体。等离子体继续吸收激光能量，急剧升温膨胀，爆炸形成几万到几十万倍大气压的高强度冲击波，作用于金属工件。冲击波的峰值压力远远超过材料的动态屈服强度，材料发生塑性变形并在表层一定深度内产生塑性变形和残余压应力。LSP可以提高金属材料的疲劳寿命、耐磨损和抗腐蚀能力，与其他表面强化技术相比，LSP具有无热影响、可控性强以及强化效果显著等突出优点。
镁合金进行激光加工的技术短板
镁合金的激光冲击加工是利用激光与镁合金材料交互作用所引发的能量传递与转化，以及材料化学成分和物理特征的变化而实现的。
由于镁合金电阻率低，接近于铝合金，所以，镁合金材料对激光的吸收与铝合金类似，比一般钢铁材料要低。这是制约镁合金材料进行激光加工的首要问题。
其次，镁合金材质本身的特性对激光加工也有不利影响。如镁合金的热导率高，激光加工时要用较大功率，而材料在固态时没有相变发生，所以受热影响的加工区域附近易产生组织过热和晶粒长大。镁的氧化性强，在激光的高能量密度条件下，易被氧化和氮化，生成脆硬的氧化物、氮化物而影响加工区域的性能。镁的沸点低(1100℃)，在高温下易蒸发烧损而影响加工区域的化学成分和组织性能。镁合金的热膨胀系数较大，约为钢的2倍，铝的1.2倍，在激光加工的局部不均匀加热情况下，易引起构件内部较大的应力变形甚至裂纹。
本次报告亮点概括
激光加工技术有着传统加工技术无法比拟的应用优势，同时其符合当前生态文明建设，实现绿色与可持续发展的要求，具有巨大的发展潜力和广阔的市场。能成功地将激光技术应用于镁合金的成形加工，将给我国的镁产业带来新的生机，对镁合金结构件的广泛应用起到更大的促进作用。2021年5月19日晚7点，中国粉体网旗下平台粉体公开课邀请到上海交通大学毛博助理研究员作《镁合金的激光冲击加工》报告，届时毛助理研究员展示利用激光冲击加工技术，在镁合金中引入了可控的梯度孪晶和位错结构，实现镁合金板材的显微组织优化。最终将镁合金的室温成型极限提高52%，表面硬度提高50%，耐磨损性能提升75%，腐蚀磨损率降低65%。该研究丰富了镁合金的冷变形加工工艺，并扩展了镁合金在航空、汽车和医疗领域的应用前景。
报告人简介
毛博，上海交通大学材料科学与工程学院助理研究员，硕士生导师。分别在华中科技大学、上海交通大学和美国内华达大学获得学士、硕士和博士学位，并曾任美国内华达大学研究科学家职务。长期致力于金属材料的激光加工和先进制造方面的研究。作为核心研发人员，曾参与3项美国国家自然科学基金(NSF)项目和1项美国国家航空航天局(NASA)项目。近三年来发表学术论文22篇，在知名国际学术会议上作报告13次。担任近10个SCI杂志的审稿人和专辑编辑。曾荣获中国国家优秀海外留学生奖学金和美国国家自然科学基金研究生奖学金等荣誉。
参考文章：
【1】谢丽初，全亚杰.镁合金的激光加工现状与发展.矿冶工程，2012年,32（6）.
【2】李苏，张占辉等.激光技术在材料加工领域的应用与发展.2020年，12（4）.
（中国粉体网编辑整理/星耀）
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