无涂层微尺度激光冲击强化提升激光粉末床熔融TC4钛合金表面完整性与高周疲劳性能

本研究针对激光粉末床熔融（L-PBF）TC4钛合金存在的拉伸残余应力、高表面粗糙度及疲劳性能不足等问题，开发了无涂层微尺度激光冲击强化（μLSPwC）技术。该技术显著降低表面粗糙度（25.15μm），诱导-643.04MPa压应力，提高显微硬度至435.8HV，并使疲劳寿命提升264倍（达2.87×106次循环），为复杂结构钛合金部件表面强化提供了新方案。

　　

一项创新性研究采用无涂层微尺度激光冲击强化（micro-scale laser shock peening without coating, μLSPwC）技术，显著改善了激光粉末床熔融（laser powder bed fusion, L-PBF）制备的TC4钛合金的表面完整性与高周疲劳性能。该技术有效解决了传统L-PBF成型件中常见的三大难题：有害拉伸残余应力、过高表面粗糙度以及疲劳抗力不足。

与常规无涂层激光冲击强化（LSPwC）相比，μLSPwC在多个关键指标上表现更优：表面粗糙度降至25.15μm，消除了77–85%的表面球化颗粒，并成功诱导出有益压应力。特别值得注意的是，μLSPwC能更好地控制氧含量增长（仅增加1.38%，而LSPwC为6.95%），实现了更显著的表面硬化（显微硬度达435.8HV，对比LSPwC的407.3HV）以及更高的压应力（-643.04MPa，对比LSPwC的-173.98MPa）。

旋转弯曲疲劳试验结果令人瞩目：经μLSPwC处理的试样疲劳寿命从10?827次循环大幅提升至2.87×10⁶次，寿命延长达264倍，远优于LSPwC的10.4倍提升。断口分析进一步揭示，μLSPwC处理使裂纹萌生位置转移至亚表层（约200μm深度），而LSPwC试样仍为表面起源失效。这些发现充分表明，μLSPwC是一种能同时提升L-PBF钛合金复杂构件表面质量与疲劳耐久性的高效表面改性技术。