在大力倡导资源节约和轻量化制造的今天,镁合金凭借其密度小、比刚强度高等优良性能,被广泛应用于航空航天、汽车、国防军事等领域。材料的疲劳断裂、腐蚀多发生于材料的表面,因此针对镁合金绝对强度低、耐腐蚀性能差等问题,对镁合金进行表面强化以提升其在复杂服役环境下的寿命具有重要的实际意义。激光冲击强化是一种新型、高效的表面强化方法,可以在材料表面引入较深的残余压应力并细化晶粒,但其造成的表面不均匀塑性形变制约了激光冲击强化的效果。超声滚压是一种新型的超声表面光整技术,作为后处理工艺可有效改善激光冲击强化后表面粗糙度较大的问题,并能在表面形成更大的残余压应力,结合两种工艺的增益效果可以提高镁合金的各项性能。本文以AZ91D镁合金为研究对象,通过不同能量下的激光冲击强化处理,并采用超声滚压作为激光冲击强化的后处理工艺,研究了激光冲击-超声滚压复合强化对AZ91D镁合金表面完整性、拉伸性能和抗电化学腐蚀性能的影响,阐述了镁合金表面性能对提升材料拉伸性能及腐蚀性能的内在机理。主要研究工作及结论如下:(1)对AZ91D镁合金进行不同能量下激光冲击强化及激光冲击-超声滚压复合强化处理,研究了不同工艺下镁合金的表面形貌、显微硬度、残余应力分布及显微组织的变化。不同能量激光冲击强化后,镁合金的表面粗糙度大幅提升,由1.270μm提升至3.917μm(3 J)和5.440μm(6 J),复合强化处理后,材料表面粗糙度大幅下降,降至0.9μm左右。激光冲击强化在AZ91D镁合金表层引入了高幅的残余压应力,且随着能量的增大而增大,分别达到-74.4 MPa(3 J)和-109.8 MPa(6 J),影响深度为0.8 mm,复合强化处理后,在0.4 mm的近表层引入了更大的残余压应力,分别达到-160.8 MPa和-192.7 MPa。激光冲击强化后,材料表面的晶粒明显细化,晶粒尺寸由60-70μm细化至30-40μm,晶粒细化层深度为450μm。复合强化处理后,在距表面0-250μm区域内的晶粒进一步细化至15μm左右。激光冲击强化提升了材料表层的显微硬度,且随着能量的增大而增大,分别提升了20.1%(3 J)和29%(6 J)。复合强化处理后,显微硬度继续提升,分别提高了39.4%和53.6%。(2)通过室温拉伸实验,研究了不同能量下激光冲击强化及激光冲击-超声滚压复合强化对AZ91D镁合金拉伸性能的影响,并对不同工艺下拉伸试样的断口进行了表征,分析了不同工艺对AZ91D镁合金拉伸性能的影响机制。激光冲击强化大幅提升了AZ91D镁合金的极限抗拉强度,相较于未处理试样分别提升了8.0%(3 J)和15.7%(6 J),但材料塑性下降,断裂机制由准解理断裂向偏脆性转变。复合强化处理后,材料极限抗拉强度进一步提升,分别提升了18.9%和27.4%,相较于单纯激光冲击强化,材料塑性有一定程度改善,断裂机制也向偏韧性转变。分析了复合强化工艺引入的残余应力、晶粒细化及较低的表面粗糙度对AZ91D镁合金裂纹萌生、扩展及拉伸性能的影响机制。(3)通过电化学腐蚀实验,研究了不同能量下激光冲击强化及激光冲击-超声滚压复合强化对AZ91D镁合金腐蚀性能的影响,对不同工艺下试样的腐蚀形貌进行了表征,分析得出了不同工艺对AZ91D镁合金腐蚀性能的影响机理。激光冲击强化后,AZ91D镁合金的自腐蚀电位正移,电流密度减小,交流阻抗变大,材料表面的腐蚀程度降低,耐腐蚀性能得以提升。复合强化处理后,自腐蚀电位和电流密度继续正移和减小,交流阻抗也进一步增大,材料表现出更好的耐腐蚀性能。揭示了表面性能的提升对AZ91D镁合金耐腐蚀性能的影响规律。