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激光冲击表层纳米化作为激光冲击强化技术的一种延伸,是激光冲击研究的新领域。它提高了金属材料表层的综合机械性能,特别是金属的强度、微观硬度和抗腐蚀能力等性能。金属的综合机械性能和微观组织结构之间的关系十分紧密。所以,对金属的综合机械性能在激光冲击强化后的改变以及微观结构变化趋势,以及激光冲击纳米化的形成机制的研究是非常必要的。本文以AZ91D镁合金作为研究对象,分析并研究了激光冲击纳米化对AZ91D镁合金的综合机械性能和表面形貌的影响,表面纳米化的形成过程和形成机制以及AZ91D镁合金的热稳定性能和抗腐蚀性能,主要研究成果如下:(1)研究了激光冲击强化,分析了其中的影响因素,并且阐述了晶粒纳米化和晶界、位错的关系;验证了表面纳米化在激光冲击下的可行性,获得了激光冲击AZ91D镁合金的合理工艺参数。(2)分析激光冲击纳米化条件下AZ91D镁合金的表面形貌、粗糙度和显微硬度,并观察了表面的微观组织,总结获得AZ91D镁合金表面纳米化的形成。(3)阐述了激光冲击AZ91D镁合金表面纳米化的机理:激光冲击促使位错在组织内的滑移造成了位错之间的互相缠结,导致应力集中,从而产生了组织内部的机械孪生;材料发生细化的晶粒内部,形成了网状结构的位错胞和大小不一的位错缠结;位错缠结进一步向小角度、取向随机的亚晶界变化,粗大晶粒由此被分化为细小的亚晶粒:在连续吸附位错的基础上亚晶界开始向大角度的晶界转化,纳米晶也随着形成。分析并获得微观演变与宏观性能之间的关系,结果表明宏观硬度的变化是由位错的密度变化和晶粒结构变化引起的。(4)研究表明了AZ91D镁合金表层纳米晶在300°C之前表现出良好的热稳定性能。纳米晶的本征结构、合金元素和成分组成、冷作硬化率及晶体缺陷这四大因素使得镁合金在激光冲击后保持良好的热稳定性能。(5)探究了AZ91D镁合金表层纳米晶在3.5%NaCl电解质中的抗腐蚀性能。从宏观和微观形貌方面证明了纳米化后的AZ91D镁合金的抗腐蚀能力获得提升,并从理论上分析了抗腐蚀能力的提高原因。