本文導(dǎo)讀目錄：
1、增材制造功能梯度材料及結(jié)構(gòu)綜述：從多尺度設(shè)計到多功能性能（3）
3、激光沖擊噴丸技術(shù)的最新進(jìn)展和新應(yīng)用（1）
增材制造功能梯度材料及結(jié)構(gòu)綜述：從多尺度設(shè)計到多功能性能（3）
梯度結(jié)構(gòu)在自然界中無處不在，許多仿生設(shè)計都涉及到FGMs，功能梯度設(shè)計用于生物圈和模擬生態(tài)系統(tǒng)和巖石圈，在地質(zhì)模型中，需要對這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確的設(shè)計，這些結(jié)構(gòu)可能涉及不同大小的土壤孔隙、水滲流效應(yīng)和承。
FGAM可以精確控制模型中的梯度結(jié)構(gòu)，同時，土壤的機(jī)械強(qiáng)度和梯度滲透性可以在3D打印框架中再現(xiàn)，而孔隙大小的梯度可能會影響比表面積和功能，Tang等采用漿體沉積法構(gòu)建了一個梯度結(jié)構(gòu)的滑坡邊，并利用該模型準(zhǔn)確模擬自然滑坡的損傷，在傳統(tǒng)的地質(zhì)建模中。
滑坡模型中的人工帶是由薄膜和玻璃珠創(chuàng)建的，圖15 a) Inconel 718和銅基合金GR，以及純Inconel 718和GRCop-84的熱，b) 304 L到Invar 36梯度合金柱的成分，c)從B得到的梯度合金的洛氏硬度和熱膨脹系數(shù)隨距離，d) ITP結(jié)構(gòu)的設(shè)計靈感。
e) Non-gradient結(jié)構(gòu)，f) Three-gradient結(jié)構(gòu)，g-l) GB結(jié)構(gòu)在不同時間的瞬態(tài)溫度分布，m)不同蜂窩尺寸的分級蜂窩和非分級蜂窩，n)蜂窩結(jié)構(gòu)CFD模型網(wǎng)格，o) AM制作的樣品，4.5光電特性與光電子器件，空間變化的折射率梯度已應(yīng)用于抗反射表面、被動波束形。
傳統(tǒng)技術(shù)，包括離子交換和溶膠-凝膠技術(shù)，都有一些常見的局限性，如處理時間長(通常>100小時)和組分尺寸有限(通，可通過使用FGMs和FGSs來克服，Roper等人通過超聲粉末沉積在纖維玻璃復(fù)合基板(。
通過使用單層介電粉打印和疊加多層材料(圖17a，b)，最終形成了具有垂直方向介電常數(shù)梯度變化的復(fù)合材料，在15GHz的入射頻率下，通過透鏡表面附近的二維相位響應(yīng)，在x方向和x-y平面的測量(圖17c，d)顯示了梯度介質(zhì)，表明梯度折射率透鏡已經(jīng)成功生產(chǎn)。
4.3熱性能和熱管理，圖14 用熒光細(xì)胞跟蹤染料(紅色和綠色)標(biāo)記的打印，生物梯度最常見的影響是它們的機(jī)械功能，例如，承重和支撐(如骨骼或植物莖)，抵抗接觸和沖擊損傷(如鯊魚牙齒。
蜘蛛牙，魚鱗)和界面強(qiáng)化和韌化(如組織或器官)，提供多種功能特性，包括光的收集和傳輸，對環(huán)境刺激的傳感和驅(qū)動，以及液體流動的控制，生物功能梯度材料展示了相當(dāng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)多樣性和層次結(jié)。
結(jié)構(gòu)特征的產(chǎn)生主要涉及i)組分的局部排列(例如，殼體中松散而致密的霰石單元)，Ii)分布(如細(xì)胞、纖維、管狀等)，Iii)尺寸(例如，多個長度尺度到納米級)，Iv)結(jié)構(gòu)建筑單元的朝向(例如，具有不同朝向的層的連續(xù)排列)，v)梯度界面(例如連接)。
或vi)多個梯度的集成(如平行組合和分層梯度)，如圖13a-h所示，江蘇激光聯(lián)盟導(dǎo)讀：，本文綜述了各種制造想法，并對未來在設(shè)計和制造FGMs和FGSs方面的研究提，本文為第三部分。
4.6.1形狀記憶、4D打印和超材料，圖19 a)滑帶破裂過程，b，c)多孔滑帶和破裂滑帶，遵循Mohr Coulomb破壞準(zhǔn)則:當(dāng)F≥1時滑，當(dāng)F≤1時滑帶滑動。
小模型制造過程:d)建模過程，e) 3 d打印，F(xiàn))模型的形成，類似地，許多工具（如截齒和扳手）都是用FGSs制造的。
改善并優(yōu)化了它們的機(jī)械性能，證明了在不犧牲承載能力的情況下，采用梯度蜂窩結(jié)構(gòu)實現(xiàn)輕量化的可行性，梯度陀螺胞狀結(jié)構(gòu)（GCS，一種功能梯度胞狀結(jié)構(gòu)）具有與加載方向平行的梯度，表現(xiàn)出逐層的變形和破壞行為，通過優(yōu)化各層的相對密度，開發(fā)了數(shù)學(xué)模型來預(yù)測和定制GCS的機(jī)械性能（圖12。
l），3D凝膠印刷TiC高錳鋼金屬陶瓷由于其梯度結(jié)構(gòu)，在密度、硬度、橫向破壞強(qiáng)度、耐磨性和沖擊韌性方面呈，F(xiàn)GAM技術(shù)為多功能材料系統(tǒng)的制造開辟了新的途徑，使設(shè)計和制造更加智能、快速和集成，以解決廣泛應(yīng)用中的一些問題。
FGAM中材料結(jié)構(gòu)-加工-性能關(guān)系的設(shè)計對于獲得所，然而，到目前為止，F(xiàn)GAM實踐缺乏既定的設(shè)計原則、指南和標(biāo)準(zhǔn)，阻礙了其發(fā)展，阻礙了設(shè)計師或工程師從這項令人興奮的新技術(shù)中充分受，在Tang等人的3D打印滑坡模型中。
將水引入到滑坡體中，在巖土之間建立一個梯度過渡帶(圖19a)，利用3D泥漿沉積，該研究提出了一種多孔滑動帶（圖19b）的設(shè)計，該滑動帶將沿著應(yīng)力鏈滑動（圖19c）。
Tang等人提出使用材料分配AM方法在滑動床和主體，在石-土-蠟成分和多孔結(jié)構(gòu)中具有梯度，該研究揭示了材料-結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系，分析了雙梯度滑動帶的地質(zhì)力學(xué)和破壞機(jī)制，為滑坡研究、測試、預(yù)測和預(yù)防創(chuàng)造了新的前景，4.6.2地質(zhì)建模，參考文獻(xiàn)：N，Yang。
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23，5.未來的潛力和前景，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，軟機(jī)器人需要能夠輕松與人互動，例如，具有分級機(jī)械性能的機(jī)器人可以被設(shè)計成吸收沖擊能量，機(jī)器人軟殼的梯度剛度可以通過將物理損傷和外部能量傳，表4總結(jié)了基于FGM或FGS的能量吸收系統(tǒng)的最新研。
Bodaghi等人表明，3D打印技術(shù)可以使工程超材料具有性能驅(qū) 動的功能，表明FDM具有制造3D形狀記憶聚合物的潛力(SMP，圖18c)，研究表明，這些4D打印的超材料在機(jī)械或生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面具有巨。
如結(jié)構(gòu)和動態(tài)開關(guān)、部署支架、自卷曲和自整合襯底或自，e)，簡言之，F(xiàn)GAM通過在多個長度尺度上精確控制成分、成分和結(jié)，以及整合多個梯度。
創(chuàng)造了制造具有復(fù)雜梯度和高度特異性的先進(jìn)功能材料的，預(yù)計在不久的將來，這種先進(jìn)的多材料將用于開發(fā)新型3D結(jié)構(gòu)和功能梯度器，圖12印刷長PU板的機(jī)械性能，除了光電材料，還使用激光成形系統(tǒng)完成了梯度磁性雙金屬結(jié)構(gòu)的制造。
梯度磁性材料顯示出從非磁鋼316（SS316）到磁，以及在266到174 HV的顯微硬度值的平滑過渡，而磁性僅存在于SS430側(cè)，Ren等人制造了一種聚氨酯（PU）板，其硬度和彈性模量沿縱向呈線性和拋物線變化（圖12a，在懸臂梁彎曲試驗中也觀察到硬度和模量的線性梯度（圖。
f），通過監(jiān)測和模擬作用在拓?fù)鋬?yōu)化的四旋翼機(jī)臂上的力，Li等人設(shè)計了一種輕型功能分級蜂窩結(jié)構(gòu)四旋翼機(jī)臂，與傳統(tǒng)設(shè)計的結(jié)構(gòu)相比，不會影響其性能（圖12g-j），仿真和實驗數(shù)據(jù)均表明。
優(yōu)化后的FGSs能顯著提高四旋翼機(jī)臂的結(jié)構(gòu)剛度，4.6其他應(yīng)用，圖17 a）印刷樣品，b）微型計算機(jī)斷層掃描（micro CT），c）d）實數(shù)部分和平面波入射到圓柱體Lunebur，e）梯度等離子體夜視隱形眼鏡的概念。
f）g）玻片和手指上3D打印等離子夜視隱形眼鏡的照，對于更復(fù)雜的器官，植入材料將界面應(yīng)力和磨損降至最低尤為關(guān)鍵，然而，水凝膠等均質(zhì)材料通常無法滿足生物組織的性能要求，受生物材料啟發(fā)的機(jī)械梯度可以減輕局部機(jī)械應(yīng)力，有助于克服傳統(tǒng)工程系統(tǒng)中的某些限制。
一些案例制造了梯度多組分水凝膠和其他生物材料，以及設(shè)計了具有定制孔徑、孔隙率和支架組織互連性的仿，Bakarich等人通過基于擠壓的印刷工藝，使用具有定向分布硬度和剛度的纖維增強(qiáng)水凝膠制造了人，還開發(fā)了一種仿生人工肌腱，由肌肉和骨骼之間具有分級機(jī)械性能的結(jié)締組織組成（圖，g），此外。
類似的研究也應(yīng)用于半月板軟骨，同樣，Kokkinis等人打印了一個軟核硬表面的分級人類，連接部件顯示出下降的梯度，并表現(xiàn)出良好的缺陷容限機(jī)械性能（圖14h），研究表明，F(xiàn)GS支架與骨髓源單核細(xì)胞聯(lián)合應(yīng)用，可通過在骨壞死區(qū)提供增強(qiáng)的生物和生物力學(xué)線索。
改善早期股骨頭壞死的核心減壓效果，Klein等人利用生物打印工藝打印出含有關(guān)節(jié)軟骨不，在分級水凝膠材料上觀察到人類軟骨細(xì)胞明顯不同的反應(yīng)，允許細(xì)胞功能控制和細(xì)胞或信號的空間分布(圖14a，b)，F(xiàn)GAM種植體的另一個例子是一種新型多孔鈦顱面部分，該部分具有分級的孔隙度和密度，適合于患者特定的種植體。
這些頜面和顱面種植體具有良好的兼容性、匹配的功能性，d)，在整體復(fù)合材料中，不同材料之間的界面機(jī)械行為的突然變化很容易導(dǎo)致弱界，與整體復(fù)合材料相比。
功能梯度材料更加堅固，因為其梯度界面有助于最小化熱機(jī)械應(yīng)力集中，從而防止裂紋敏感區(qū)域的分層，并提高承重結(jié)構(gòu)的耐久性，近年來，AM制造的聚合物/陶瓷/金屬基功能梯度材料得到了廣。
以克服每個組件的缺點（如裂紋萌生和擴(kuò)展）（表2），雷達(dá)吸波結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)隱身技術(shù)的重要應(yīng)用，然而，傳統(tǒng)的RAS結(jié)構(gòu)由于其表面層的低介電常數(shù)或結(jié)構(gòu)內(nèi)部，無法與環(huán)境的阻抗匹配，具有梯度結(jié)構(gòu)的超材料可以通過改變幾何形狀來調(diào)節(jié)剛度。
同時保持恒定的質(zhì)量，Yin等創(chuàng)建了一種應(yīng)用于隱形飛機(jī)的梯度折射RAS，該RAS由三層組成(梯度折射率雷達(dá)吸收結(jié)構(gòu)，GRINRAS，圖16a)，并顯示GRINRAS在12-18 GHz時的吸收能，4.4能量吸收特性和電磁干擾屏蔽，doi.org/10.1002/admt.2019。
通過引入具有梯度微結(jié)構(gòu)的氧化鋯成分，可以制成一種類似磚灰漿的成分，該成分由梯度密度(<1%孔隙率)和多孔(5%孔隙率，具有多種性能，這為通過AM生產(chǎn)陶瓷4D組件打開了大門。
例如多材料/顏色/功能組件，F(xiàn)GAM生產(chǎn)無縫材料集成，消除了不同材料之間的尖銳界面，避免了可能導(dǎo)致組件失效的地方，在這里，梯度可以產(chǎn)生不同的應(yīng)變，導(dǎo)致4D打印配置的幾何變形，因此。
需要新的系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)和模擬軟件來嵌入和表示有關(guān)這些，并更準(zhǔn)確、可靠地創(chuàng)建組件，iii）需要能夠模擬FGAM物理過程以及預(yù)測組件生，以便為重建預(yù)先設(shè)計的模型提供可靠的指南，iv）現(xiàn)場和實時監(jiān)測和表征在FGAM工藝中具有挑戰(zhàn)，需要通過光譜、微觀和宏觀手段來表征功能梯度材料的非。
到目前為止，科學(xué)家們創(chuàng)造性地提出了各種AM技術(shù)來制造功能梯度材，然而，真正的工業(yè)應(yīng)用仍然很遙遠(yuǎn)，而且很少，仍然需要進(jìn)行大量和全面的研究工作，以解決所涉及的大量問題和挑戰(zhàn)，圖18 a）聯(lián)鎖梯度SMP的示意圖。
b） SMP組件的形狀恢復(fù)過程，c）如何通過FDM打印分級材料，d）具有自折疊能力的4D印刷超材料，模擬加熱和冷卻后的最終配置，e） 4D打印松散的結(jié)和纖維加熱收縮，圖13 生物材料的局部性質(zhì)概況和梯度的基本形式，Haring等人已經(jīng)研發(fā)出一種新型功能梯度等離子體，它可以過濾除紅光（650 nm）之外的可見波長。
防止藍(lán)光（475 nm）進(jìn)入眼睛周圍區(qū)域，固體絕緣體在不同電位導(dǎo)體之間的機(jī)械支撐和電氣絕緣中，Li等人證實，F(xiàn)GM絕緣體可以顯著改善電場分布，同時最大電場強(qiáng)度（Emax）大大降低。
通過拓?fù)鋬?yōu)化，得到了在絕緣子表面具有均勻電場的FGM絕緣子，Li等人通過FDM技術(shù)制造了一種功能梯度材料絕緣體，其最大電場值顯著降低了42%以上，從而實現(xiàn)了最佳電場分布。
4.2生物相容性和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，F(xiàn)GAM的另一個潛在應(yīng)用是形狀記憶材料（SMM），它可以對適當(dāng)?shù)拇碳ぷ龀龇磻?yīng)，并根據(jù)預(yù)定的順序進(jìn)行幾何變換，最近，大量研究集中在4D打印上，這是一種通過3D打印生產(chǎn)SMM的概念。
通過對微觀結(jié)構(gòu)特性的裁剪，通過FGAM制造的4D打印組件可以通過戰(zhàn)略性地控制，實現(xiàn)更復(fù)雜的幾何變換（如功能梯度折疊、梯度卷曲、梯，最近有報道稱，對功能梯度材料或功能梯度材料的4D打印進(jìn)行了研究，Yu等人展示了通過3D打印制作的功能梯度SMM（圖，其中通過改變材料成分以控制玻璃化轉(zhuǎn)變溫度來恢復(fù)原始。
AM技術(shù)可以制造結(jié)構(gòu)和成分逐漸變化的更先進(jìn)的SMM，4.1機(jī)械性能和應(yīng)用，本文介紹了多尺度FGAM的設(shè)計原理，包括幾何表示、材料分布、微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計和模擬方法，確定了FGAM結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一些現(xiàn)有挑戰(zhàn)和未來趨勢，包括i）FGAM的設(shè)計是多學(xué)科的。
因此對沒有材料科學(xué)相關(guān)背景知識的設(shè)計師、工程師和制，應(yīng)建立集成材料信息（成分、分布、相容性和梯度尺寸），以便設(shè)計師、工程師和制造商能夠避免不良結(jié)果，ii）傳統(tǒng)的基于虛擬幾何的設(shè)計系統(tǒng)主要使用基于單一，另一方面。
FGAM零件包含復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，需要在微觀結(jié)構(gòu)水平上精確分布材料，隨著具有復(fù)雜成分的新型功能材料的出現(xiàn)，必須開發(fā)新的先進(jìn)制造方法，包括制造功能梯度材料或功能梯度材料的新方法，微納米增材制造（又稱微納米級3D打?。┦且环N用于創(chuàng)，F(xiàn)GAM顯示出創(chuàng)造高深寬比微納米結(jié)構(gòu)、多邊微納米結(jié)。
FGMs獨特的梯度分布減輕了熱應(yīng)力集中，從而防止了裂紋敏感區(qū)域的分層，因此，F(xiàn)GMs被用來提高熱交換器的耐久性，Onuike等人通過SLM制備了由Inconel ，并報道了這些具有分級熱性能的雙金屬材料，與純Inconel相比。
熱擴(kuò)散率和導(dǎo)熱率分別提高了250%和300%(圖1，同時，Hofmann等通過SLM制備了一種梯度合金(圖1，c)，并報道了其對熱膨脹系數(shù)的顯著影響(圖15c，實線紅線)。
合金的熱性能在15 ~ 25 mm處發(fā)生梯度變化，這有利于在非均勻合金中逐漸傳遞熱量，圖16 a）裝配式GRINRAS的照片：帶有木樁單，b）在8、13和18GHz的頻率下，電磁波束通過環(huán)形GRINRAS的功率密度。
電磁波的方向偏離環(huán)形GRINNRAS的中心60毫米，這是Ku波段三塊板樣品在8–18 GHz下的反射率，表2 各種材料和印刷方法制備的功能梯度材料的機(jī)械性，隨著運載火箭和高超音速飛行器的發(fā)展，更加復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于綜合熱防護(hù)（ITP）結(jié)構(gòu)，受云杉莖的結(jié)構(gòu)（圖15d）的啟發(fā)。
Kaijie Lin等人通過SLM制造了一系列具有，f）的ITP結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致最低底面溫度為263°C（圖15g–l），比其他結(jié)構(gòu)低21°C，Zhang等人創(chuàng)建了一種分級多金屬換熱器。
該換熱器具有設(shè)計的分級結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出更好的熱力學(xué)性質(zhì)（例如壓降、溫度分布和傳熱系，圖15m-o），梯度鐵素體和奧氏體合金為創(chuàng)建化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)具有，功能梯度合金接頭可以更有效地延緩碳的傳輸。
從而減少核電站奧氏體中的碳積累此外，相同金屬的3D打印分級密度也有助于將異種合金接頭中，可用于航空航天、汽車和海洋工業(yè)，F(xiàn)GAM在制造具有復(fù)雜生物啟發(fā)梯度的組織工程和生物，如支架、骨植入物、人造肌肉和人體器官，例如，Martin等人建立了一個基于SLA的AM系統(tǒng)。
稱為3D磁打印，利用磁場在體素水平精細(xì)控制陶瓷微粒的方向，與單相材料相比，開發(fā)的陶瓷/聚合物復(fù)合材料具有復(fù)雜的仿生增強(qiáng)結(jié)構(gòu)(，圖13i-k)顯示出更好的機(jī)械性能(剛度、強(qiáng)度和硬，接下來將介紹一些使用FGAM創(chuàng)建生物漸變的案例，密度梯度晶格還具有優(yōu)異的吸能性能(表4)。
滿足個人防護(hù)裝備、包裝材料等多種應(yīng)用需求，結(jié)合梯度蜂窩結(jié)構(gòu)和梯度材料密度，平臺應(yīng)力和比能量吸收分別比均質(zhì)材料高67%和72%，盡管FGAM在設(shè)計概念、設(shè)計形狀、打印精度和材料類，但它已在航空航天工程、生物醫(yī)學(xué)、熱管理、電磁屏蔽和。
本節(jié)旨在概述最有前途的潛在應(yīng)用，盡管仍需不斷努力才能實現(xiàn)潛在的工業(yè)應(yīng)用，表3 用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的AM制備FGM和FGS結(jié)構(gòu)，江蘇激光聯(lián)盟陳長軍原創(chuàng)作品，表4 FGM和/或FGS基能量吸收研究綜述，F(xiàn)GAM還提供了解決廣泛應(yīng)用問題的機(jī)會。
包括生物醫(yī)學(xué)植入物、熱管理、電磁干擾屏蔽（EMI），甚至模擬自然滑坡災(zāi)害的地質(zhì)模型，F(xiàn)GAM超材料優(yōu)異的吸能性能將促進(jìn)電磁干擾的發(fā)展，此外，漸變可以為SMM等多功能智能材料提供多種功能。
包括4D打印結(jié)構(gòu)的受控變形，4D FGAM技術(shù)能夠生產(chǎn)具有集成功能的智能響應(yīng)材，從而促進(jìn)智能制造的發(fā)展，分級生物材料在有機(jī)系統(tǒng)中很重要，可以提供生物和結(jié)構(gòu)功能（表3），此前。
仿生系統(tǒng)使用均質(zhì)材料進(jìn)行形狀驅(qū)動設(shè)計，這在模擬生物組織的異質(zhì)性和微觀結(jié)構(gòu)方面遇到了巨大挑，F(xiàn)GAM允許直接制造具有梯度特性的復(fù)合生物醫(yī)學(xué)植入，然而，在嘗試打印完整器官之前，生物打印技術(shù)必須克服幾個問題。
例如微血管化和生物墨水的壽命，從文獻(xiàn)中可以看到一些初步結(jié)果，F(xiàn)GAM植入物離真正的臨床應(yīng)用還很遠(yuǎn)，人們認(rèn)為，F(xiàn)GAM的進(jìn)一步發(fā)展在考慮各種細(xì)胞類型、細(xì)胞生長、。
4.多功能特性及應(yīng)用，與傳統(tǒng)的均勻多孔材料相比，F(xiàn)GSs具有漸變的機(jī)械性能(例如，輕質(zhì)、高比強(qiáng)度和剛度)，并提供了梯度孔隙分布和大小，從而有可能為組織生長定制孔隙空間，采用SLM技術(shù)，通過調(diào)節(jié)梯度體積分?jǐn)?shù)。
定制彈性模量(0.3-0.6 GPa)和屈服應(yīng)力(，制備出與松質(zhì)骨性能相當(dāng)?shù)倪B續(xù)型功能梯度多孔鈦支架，細(xì)胞位置在整個物質(zhì)體積中逐漸改變，并與結(jié)構(gòu)特征、化學(xué)成分或成分的變化有關(guān)，Costantini等采用了一種基于閥的流動聚焦結(jié)，在vFF中，孔口的大小可以實時調(diào)整。
以產(chǎn)生可在線控制氣泡大小的泡沫，在這里，vFF被安裝在擠壓打印機(jī)的頂部，以制造具有層狀和平滑梯度多孔結(jié)構(gòu)的長骨組織工程模型，孔隙大小從80μm到800μm不等。
上圖顯示了WAAM制備的FGM TiAl樣品在垂直，元素分布圖用于研究氧化垢的特征，此外，還分析了氧化層結(jié)構(gòu)的差異，來源：A Review on Functional，Advanced Materials Techno，WAAM制備的FGM TiAl合金在800℃氧化1，生物降解性對于組織再生和長期預(yù)防植入相關(guān)感染都是至。
Li等人報道了一種帶有功能梯度的拓?fù)湓O(shè)計，該設(shè)計可以控制AM制備的多孔鐵試樣的流體流動、質(zhì)量，其滲透率變化高達(dá)四倍，生物降解率變化高達(dá)三倍，Han等利用SLM技術(shù)制備了準(zhǔn)連續(xù)比值的鈦/羥基磷，其中HA在每個功能梯度中的比值在0 ~ 5 wt%，納米硬度(5.11-8.36 GPa)和斷裂韌性(。
可以根據(jù)皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨量身定做，Kawai等設(shè)計并3D打印了一種由聚己內(nèi)酯(PCL，其孔隙度、降解度和機(jī)械強(qiáng)度在空間上可控，用于重建股骨頭壞死骨組織。
航發(fā)觀察：劉大響院士
兩機(jī)動力控制/作者：中國航空發(fā)動機(jī)集團(tuán)有限公司 劉，蜂窩或多孔層板結(jié)構(gòu)鈦合金加力筒體，MA956合金多孔層板隔熱屏，陶瓷基復(fù)合材料或C/C復(fù)合材料噴管調(diào)節(jié)片/密封片，Ti2AlNb合金（SPF/DB)調(diào)節(jié)片支撐結(jié)構(gòu)，高強(qiáng)高韌不鎊鋼+表面強(qiáng)化齒輪和軸承，潤滑系統(tǒng)為-50～220/250°C低揮發(fā)、高潤滑，指尖+刷封+蜂窩低、中、高溫封嚴(yán)裝置。
密封件為-50～350°C氟醚橡膠或金屬橡膠等，國產(chǎn)現(xiàn)役航空發(fā)動機(jī)都是多年前仿制國外或自行研制和改，經(jīng)過較長時間的使用，迫切需要進(jìn)一步延長使用壽命，保證我國空軍的戰(zhàn)斗力，這些發(fā)動機(jī)采用的主要材料和制造技術(shù)，由于其研制時的認(rèn)識和經(jīng)費的限制，對材料和制造技術(shù)工程化的深人研究不夠。
在發(fā)動機(jī)服役過程中，材料和制造技術(shù)的技術(shù)質(zhì)量問題時有發(fā)生，如材料質(zhì)量不穩(wěn)定引起性能波動、工藝成熟度不高造成零，給定壽、延壽及排故工作帶來一些障礙，甚至嚴(yán)重影響了部隊的作戰(zhàn)訓(xùn)練，導(dǎo)讀：在對世界航空動力技術(shù)加速發(fā)展態(tài)勢進(jìn)行簡要綜述。
對航空發(fā)動機(jī)關(guān)鍵材料技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢進(jìn)行分析研，并按照一代新材料、一代新型發(fā)動機(jī)的思路，提出先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)主要部件和系統(tǒng)對材料技術(shù)的發(fā)展需，并從質(zhì)量穩(wěn)定性和工藝成熟度、工程化研究和驗證、材料，對提高我國材料技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平提出了建議。
來源：《材料工程》第45卷第10期，4、幾點思考和建議，上述情況充分表明，世界航空推進(jìn)技術(shù)正呈現(xiàn)出一種加速發(fā)展的態(tài)勢，(3)渦輪，Rene88DT/N18渦輪盤。
CMSX-4G/PWA1484+熱障涂層(TBCs，渦輪動葉和導(dǎo)葉采用熱障涂層，渦輪動葉采用單晶對開葉片或雙層壁發(fā)汗冷卻鑄冷葉片，導(dǎo)葉采用陶瓷基復(fù)合材料（CMCs)或NiAl，MA956多孔層板高效冷卻雙葉片。
雙腹板盤、雙結(jié)構(gòu)盤或輻條式盤雙性能粉末渦輪盤或含N，渦輪機(jī)匣采用超純高溫合金或Ti2AlNb合金或其復(fù)，低壓渦輪軸采用SiC長纖維鈦基復(fù)合材料（比IN71，(1)風(fēng)扇和壓氣機(jī)，特別是部分已有預(yù)研成果的項目。
由于缺乏工程化應(yīng)用研究驗證，難以被發(fā)動機(jī)設(shè)計所選用，導(dǎo)致部分成熟發(fā)動機(jī)發(fā)展后勁不足、在研發(fā)動機(jī)研制缺乏，部分型號無法按照節(jié)點完成研制任務(wù)，這些都需要通過新材料的工程化應(yīng)用研究，盡快突破新材料、新結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)，穩(wěn)定制造工藝流程和質(zhì)量，提高技術(shù)成熟度。
3、先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)對材料技術(shù)的需求，耐溫1450～1650°C的陶瓷基復(fù)合材料（CMC，Lamilloy多孔層板火焰筒，抗氧化C/C復(fù)合材料或MA956合金Lamillo，精鑄r-TiAl+HIP多通道擴(kuò)壓器，Ti2AlNb合金或其復(fù)合材料燃燒室機(jī)匣等。
從二戰(zhàn)結(jié)束到21世紀(jì)初，軍用噴氣戰(zhàn)斗機(jī)及其動力的發(fā)展大致經(jīng)歷四次更新?lián)Q代，推重比8—級渦扇發(fā)動機(jī)是目前世界主要大國現(xiàn)役第三代，第四代推重比10發(fā)動機(jī)從20世紀(jì)80年代中期開始發(fā)，其典型機(jī)種有美國的F119、西歐四國的EJ200、，2005～2007年開始。
配裝推重比10—級先進(jìn)渦扇發(fā)動機(jī)的第四代戰(zhàn)斗機(jī)（如，已經(jīng)陸續(xù)取代現(xiàn)役的第三代戰(zhàn)斗機(jī)，成為美國和部分西方國家，甚至我國部分周邊國家和地區(qū)21世紀(jì)上半葉的主戰(zhàn)機(jī)種，新中國建立以來，隨著我國航空發(fā)動機(jī)研制過程的開展，對于配套的材料研制和制造技術(shù)也進(jìn)行了大量的型號攻關(guān)。
先后完成了鋁合金、鈦合金、高強(qiáng)度鋼、鎳基高溫合金、，制定了一千余份材料和工藝標(biāo)準(zhǔn)，形成了航空發(fā)動機(jī)材料和制造技術(shù)生產(chǎn)能力，但由于種種原因，材料和制造技術(shù)仍是制約我國航空發(fā)動機(jī)發(fā)展的重要因素，應(yīng)找準(zhǔn)問題、統(tǒng)籌規(guī)劃、協(xié)調(diào)發(fā)展、重點突破，為了同美國競爭。
以英國為主，意大利和德國參與共同實施了與IHPTET類似的先進(jìn)，英國和法國又聯(lián)合實施了先進(jìn)軍用發(fā)動機(jī)技術(shù)（AMET，德國宇航研究院聯(lián)合企業(yè)界獨立實施了針對民機(jī)的3E(，日本早已通過專利生產(chǎn)第三代發(fā)動機(jī)，并參與世界一流水平的大型民用渦扇發(fā)動機(jī)的國際合作研，目前又正在與美、英合作研制飛行速度5倍于聲速的HY，力圖在高超聲速推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域搶占領(lǐng)先地位。
印度的軍用發(fā)動機(jī)在部分依靠與國外合作的條件下采取自，自行研制的推重比8—級GTX-35VS雙轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)，在推重比10以上渦扇發(fā)動機(jī)和高超聲速組合動力關(guān)鍵技，我國復(fù)合材料研究起步較晚，目前存在的主要問題有：缺乏復(fù)合材料構(gòu)件一體化設(shè)計方，對復(fù)合材料的損傷失效模式認(rèn)識不清，尚未完全建立復(fù)合材料構(gòu)件的設(shè)計準(zhǔn)則。
缺乏復(fù)合材料構(gòu)件的驗證考核方法等，在民用航空發(fā)動機(jī)用材料方面，我國現(xiàn)有發(fā)動機(jī)產(chǎn)品系列不全，適航取證經(jīng)驗缺乏，大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)和長壽命航改燃機(jī)剛剛起步，長壽命、高可靠性發(fā)動機(jī)材料和制造技術(shù)工程化應(yīng)用研究。
與型號的迫切需求還存在明顯的差距，需要在民用航空發(fā)動機(jī)材料的適航取證方面進(jìn)行補(bǔ)課，盡快開展相關(guān)研究工作，(3)梳理材料體系，優(yōu)選品種，完善數(shù)據(jù)，建立完善我國自主研制的發(fā)動機(jī)材料譜系和試驗數(shù)據(jù)庫。
通過這些國家層面的大型研究計劃，大大推動了一批新材料和新工藝在發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用，使得材料耐溫、強(qiáng)度水平不斷提高，滿足了部件的承溫承載要求，高可靠性輕量化結(jié)構(gòu)和精密、高效、低成本制造技術(shù)迅速，滿足了發(fā)動機(jī)新型整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求，使得發(fā)動機(jī)部件重量越來越輕，先進(jìn)涂層技術(shù)和特種制造技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。
大大縮短了發(fā)動機(jī)研制周期、使得新型航空發(fā)動機(jī)的性能，高能焊接技術(shù)：電子?xùn)c、離子?xùn)c、激光、輝光和摩擦焊等，國外研究的經(jīng)驗和國內(nèi)研制的實踐表明：工程化應(yīng)用研究，不可缺少，不經(jīng)過工程化應(yīng)用研究，材料與制造技術(shù)存在的各種問題就難以得到充分暴露，從而為后面的型號研制帶來很大的風(fēng)險，甚至嚴(yán)重拖延型號的研制進(jìn)度。
大幅增加研制成本，1970年1月22日，裝有4臺涵道比為5.2、推力為193.lkN(19，標(biāo)志著民用航空動力進(jìn)人了全新的大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)時，自20世紀(jì)70年代初第一代大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)JT9，目前已經(jīng)發(fā)展了五代，其耗油率比第一代民用渦扇發(fā)動機(jī)降低約20%。
由于歷史原因，我國航空發(fā)動機(jī)材料重復(fù)仿制現(xiàn)象較嚴(yán)重，造成材料牌號多、生產(chǎn)批量少、材料標(biāo)準(zhǔn)兼容性差、材料，如：提供給設(shè)計使用的數(shù)據(jù)有缺項，工業(yè)生產(chǎn)條件下毛坯的性能數(shù)據(jù)不足。
數(shù)據(jù)的可信度不高，與制造技術(shù)相關(guān)聯(lián)的材料性能數(shù)據(jù)更顯不足等，有必要下大決心，進(jìn)一步梳理材料體系，優(yōu)選品種，完善數(shù)據(jù)，建立完善我國自主研制發(fā)動機(jī)必不可少的材料譜系和試驗，各類表面強(qiáng)化和光飾技術(shù):激光沖擊強(qiáng)化。
全方位離子注人，雙輝表面改性，磨粒流和超聲或振動光飾技術(shù)等，(5)重視民用航空發(fā)動機(jī)材料的適航取證研究工作，對此，我有以下幾點看法和建議：，復(fù)合材料構(gòu)件具有材料/結(jié)構(gòu)/制造一體化特征。
是先進(jìn)發(fā)動機(jī)突破輕量化和整體化的關(guān)鍵途徑之一，其中纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料、纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料、，(4)大力加強(qiáng)發(fā)動機(jī)用高性能復(fù)合材料的研究和驗證，(4)加力/噴管/機(jī)械系統(tǒng)，(2)燃燒室，特別值得指出的是，美國于20世紀(jì)60年代初至80年代中在連續(xù)實施十多。
在研制第四代發(fā)動機(jī)（F119)的同時，從1988年起至2003年又投人50億美元巨資，由軍方、政府及工業(yè)界聯(lián)合實施不針對特定發(fā)動機(jī)型號的，其目標(biāo)是利用最新的科技成果，使推進(jìn)系統(tǒng)的技術(shù)能力在1988年的基礎(chǔ)上翻一番，到2005年左右突破推重比12～15—級發(fā)動機(jī)的關(guān)，并通過大量試驗驗證。
不斷將新的成果用于型號，為其研制提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，這意味著他們用15年左右的時間，在推重比、耗油率、成本等方面取得的技術(shù)進(jìn)步，相當(dāng)于過去30～40年所取得的成就。
1、世界航空發(fā)動機(jī)技術(shù)呈加速發(fā)展態(tài)勢，在航空發(fā)動機(jī)研制過程中，設(shè)計是主導(dǎo)，材料是基礎(chǔ)，制造是保障。
試驗是關(guān)鍵，從總體上看，航空發(fā)動機(jī)部件正向著高溫、高壓比、高可靠性發(fā)展，航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)向著輕量化、整體化、復(fù)合化的方向發(fā)展，發(fā)動機(jī)性能的改進(jìn)一半靠材料。
據(jù)預(yù)測，新材料、新工藝和新結(jié)構(gòu)對推重比12～15—級發(fā)動機(jī)，從未來發(fā)展來看，甚至可占約2/3，因此，先進(jìn)的材料和制造技術(shù)保證了新材料構(gòu)件及新型結(jié)構(gòu)的實，使發(fā)動機(jī)質(zhì)量不斷減輕，發(fā)動機(jī)的效率、使用壽命、穩(wěn)定性和可靠性不斷提高。
可以說沒有先進(jìn)的材料和制造技術(shù)就沒有更先進(jìn)的航空發(fā)，正是由于不斷提高的航空發(fā)動機(jī)性能對發(fā)動機(jī)材料與制造，各航空發(fā)達(dá)國家都投人了大量人力、物力和財力，對航空發(fā)動機(jī)用的材料與制造技術(shù)進(jìn)行全面、深人的研究，取得了豐碩的成果，滿足了先進(jìn)發(fā)動機(jī)的技術(shù)要求，(1)進(jìn)一步提高現(xiàn)役發(fā)動機(jī)關(guān)鍵材料的質(zhì)量穩(wěn)定性和工，鈦合金/高溫合金雙性能（精鍛+高速銑+線性摩擦焊）。
整體葉環(huán)（碳纖維樹脂固化環(huán)冠箍或SiC纖維增強(qiáng)鈦基，寬弦或小展弦空心掠形葉片（鈦合金超塑成形/擴(kuò)散連接，風(fēng)扇/壓氣機(jī)軸和軸頸采用SiC纖維鈦基復(fù)合材料，整流葉片及機(jī)匣采用阻燃鈦或Ti2AlNb合金，風(fēng)扇和壓氣機(jī)機(jī)匣采用增強(qiáng)纖維三維編織（0PC)技術(shù)。
Alloy C阻燃鈦合金壓氣機(jī)機(jī)匣，有機(jī)復(fù)合材料機(jī)匣等，工業(yè)水平的提高、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)實力的增強(qiáng)，是航空動力快速發(fā)展的源動力，世界航空強(qiáng)國在重視教育、科技和工業(yè)技術(shù)發(fā)展的同時。
對航空動力技術(shù)的預(yù)先研究和試驗驗證給予極大的重視，開展了一系列大型研究計劃，為各種先進(jìn)軍、民用發(fā)動機(jī)提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，2001年美國GE公司為波音-777研制成功GE9，推力達(dá)到547kN(55826kgf)，耗油率下降到0.05kg/(N＊h)左右。
是當(dāng)今世界上推力最大的發(fā)動機(jī)，被收入吉尼斯世界紀(jì)錄中，目前，世界上窄體干線客機(jī)的動力100%選擇了渦扇發(fā)動機(jī)，用渦扇發(fā)動機(jī)為動力的支線客機(jī)訂貨量已超過70%，大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)使雙發(fā)大型遠(yuǎn)程寬體客機(jī)實現(xiàn)了不著，航空使世界變成了“地球村”。
現(xiàn)在人們可以在24h內(nèi)到達(dá)世界上的任何地方，在IHPTET計劃取得巨大成功的基礎(chǔ)上，美國政府和軍方又制定了其后繼計劃——多用途、經(jīng)濟(jì)可，準(zhǔn)備再用12年時間（2006～2017)、大約再投，通過多用途核心機(jī)、耐久性和智能發(fā)動機(jī)三個重點領(lǐng)域的，在2017年左右使發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)可承受性(定義為能力與。
其中能力為推重比與中間狀態(tài)耗油率的函數(shù))提高10倍，從國外航空發(fā)動機(jī)材料與制造技術(shù)的發(fā)展情況來看，加強(qiáng)材料與制造技術(shù)工程化研究是縮短發(fā)動機(jī)研制周期、，因此從20世紀(jì)70年代至今，航空發(fā)達(dá)國家安排了一系列的發(fā)動機(jī)材料和制造技術(shù)工程，規(guī)劃了整個材料和制造技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展方向，為各種先進(jìn)軍、民用發(fā)動機(jī)提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，如美國綜合高性能發(fā)動機(jī)技術(shù)（IHPTET)計劃、下。
美國空軍復(fù)合材料經(jīng)濟(jì)可承受性計劃（CAI)等(見表，(2)進(jìn)一步加強(qiáng)新研和在研材料的工程化應(yīng)用研究和驗，先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)主要指第四代和新一代更高推重比/功重，以及新一代干線客機(jī)用大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)，這類先進(jìn)發(fā)動機(jī)除具有更高的性能指標(biāo)外，還要全面滿足可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、適航性、環(huán)保性。
對材料和工藝提出了新的發(fā)展需求，主要包括：，民用運輸機(jī)和旅客機(jī)的動力也大致經(jīng)歷了四個階段:早期，1949年出現(xiàn)了第一種用渦輪噴氣發(fā)動機(jī)“埃汶”為動，標(biāo)志著民用飛機(jī)噴氣發(fā)動機(jī)時代的到來，第三階段為20世紀(jì)60年代初的低涵道比（1.5～2，耗油率為0.07～0.08kg/(N＊h)，廣泛用于波音-727、-737。
DC-9，“三叉戟”等飛機(jī)，逐步代替了耗油率高、經(jīng)濟(jì)性差的渦噴發(fā)動機(jī)，特種涂層技術(shù)：熱障涂層（TBCs)，抗氧化高溫涂層，低、中、高溫硬質(zhì)、輕質(zhì)封嚴(yán)涂層。
低、中、高溫硬質(zhì)、輕質(zhì)耐磨涂層，鈦合金防應(yīng)力腐蝕、抗沖刷涂層和隱身涂層等，航空發(fā)動機(jī)是在高溫、高壓、高速旋轉(zhuǎn)的惡劣環(huán)境條件下，在各類武器裝備中，航空發(fā)動機(jī)對材料和制造技術(shù)的依存度最為突出，航空發(fā)動機(jī)高轉(zhuǎn)速、高溫的苛刻使用條件和長壽命、高可，把對材料和制造技術(shù)的要求逼到了極限。
材料和工藝技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了發(fā)動機(jī)更新?lián)Q代，如：第一、二代發(fā)動機(jī)的主要結(jié)構(gòu)件均為金屬材料，第三代發(fā)動機(jī)開始應(yīng)用復(fù)合材料及先進(jìn)的工藝技術(shù)，第四代發(fā)動機(jī)廣泛應(yīng)用復(fù)合材料及先進(jìn)的工藝技術(shù)，充分體現(xiàn)了一代新材料、一代新型發(fā)動機(jī)的特點，2、航空發(fā)動機(jī)關(guān)鍵材料技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，(5)其他。
激光沖擊噴丸技術(shù)的最新進(jìn)展和新應(yīng)用（1）
然而，由于當(dāng)時缺乏能夠產(chǎn)生短持續(xù)時間高能脈沖光束的可靠激，LSP技術(shù)無法實際用于工業(yè)應(yīng)用，Lawrence Livermore國家實驗室成功，這臺激光器的脈沖能量是200?J、脈沖持續(xù)時間為2，從那時起。
LSP被認(rèn)為是一種可行的表面處理技術(shù)，可以顯著改善金屬材料的機(jī)械性能，并開始商業(yè)化，一些美國研究人員發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過LSP處理后，受損的F101風(fēng)機(jī)葉片顯示出比新葉片更高的疲勞強(qiáng)度，LSP隨后被用于處理F119發(fā)動機(jī)上的第四級整體葉，磨損、腐蝕和疲勞是金屬材料80%以上失效的原因。
由于磨損、腐蝕和疲勞引起的大多數(shù)故障都是從材料表面，因此表面完整性對材料的整體性能有著至關(guān)重要的影響，表面完整性特征，包括硬度、微觀結(jié)構(gòu)、形貌、粗糙度和殘余應(yīng)力狀態(tài)，可以顯著影響磨損和腐蝕行為，通過提高硬度和在近表面區(qū)域引入有益的壓縮殘余應(yīng)力，激光沖擊噴丸（LSP）可以顯著改善金屬材料的疲勞性，隨著對性能改善材料需求的增加。
LSP的應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)展到汽車工業(yè)、核工業(yè)、造船工，一項實驗中采用法國GAIA-R Nd:YAG激光器，采用波長為1.064?μm、脈沖寬度(FWHM)為，聚焦后的激光光斑直徑為3?mm，激光脈沖能量為3?J，對應(yīng)的功率密度為4.24?GW/cm2，在重疊處理中。
如上圖所示的樣式的重疊率為13.4%，以最小化表面粗糙度增加（由I區(qū)和II區(qū)的不同沖擊時，圖6裂紋擴(kuò)展速率與外部應(yīng)力強(qiáng)度因子，F(xiàn)abbro及其同事提出了一個分析模型，用于描述存在約束層時等離子體壓力和激光參數(shù)之間的關(guān)，例如，圖2顯示了激光強(qiáng)度P(t) I(t) (Im=3?，可以觀察到。
最大壓力與激光功率密度的平方根成正比，圖3顯示了峰值壓力與從分析模型和實驗中獲得的激光功，可以觀察到，當(dāng)激光功率密度超過臨界值時，模擬結(jié)果與實驗結(jié)果不再一致，在高激光功率密度區(qū)。
峰值壓力不再隨激光功率密度增加而增加，這可以用介質(zhì)擊穿效應(yīng)來解釋，在LSP過程中，脈沖激光束穿過透明限制層并照射吸收層，吸收層吸收激光能量。
然后蒸發(fā)和電離，當(dāng)表面上的能量足夠高時，等離子體就形成了，它將繼續(xù)吸收激光能量，由于約束層的存在，膨脹等離子體產(chǎn)生的沖擊波可以穿透目標(biāo)材料，當(dāng)沖擊波壓力超過材料的Hugoniot彈性極限（H。
會發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致材料表層的微觀結(jié)構(gòu)變化，如晶格畸變、位錯生成和晶粒細(xì)化，此外，LSP還在近表面區(qū)域產(chǎn)生有益的壓縮殘余應(yīng)力，這將大大改善疲勞性能，來自Battelle Memorial Insti。
他們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過處理后，合金的抗應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）和疲勞性能得到了改善，這是LSP發(fā)展的關(guān)鍵事件，在這項研究之后，美國國家科學(xué)基金會開始支持對LSP的研究，Clauer等人通過在樣品表面使用不同的限制層和吸，改變了沖擊波的強(qiáng)度和持續(xù)時間，研究發(fā)現(xiàn)。
在有約束層的情況下，沖擊波壓力可以達(dá)到GPa水平，金屬材料的疲勞性能可以顯著提高，因此，這種透明約束層和吸收層的組合也成為LSP的典型模型。
除了LSP技術(shù)在工業(yè)上的發(fā)展，學(xué)術(shù)界對LSP過程的理解也有了重大進(jìn)展，例如，F(xiàn)abbro等提出了一個分析模型，使用有限元法（FEM）來研究和描述沖擊波壓力與LS。
Oca?a及其同事提出了一個全面的模型來理解激光沖，Wu和Shin提出了一個自封閉熱模型，用于研究LSP過程中激光燒蝕和等離子體形成與膨脹的，該模型能夠預(yù)測不同LSP條件下的血漿壓力，為了進(jìn)一步了解LSP對金屬材料微觀結(jié)構(gòu)的影響，Lu及其同事通過實驗研究了LSP過程中不同目標(biāo)材料。
并提出了幾種不同的晶粒細(xì)化機(jī)制，在LSP過程中，激光誘導(dǎo)等離子體產(chǎn)生的沖擊波到達(dá)目標(biāo)材料表面，到達(dá)時，沖擊波壓力的強(qiáng)度超過材料的HEL，但隨著傳播而衰減，因此，頂面層將承受垂直于表面的壓縮塑性變形。
變形平行于表面擴(kuò)展，當(dāng)沖擊波在材料中傳播時，其大小會衰減，當(dāng)沖擊波壓力低于HEL時，塑性變形區(qū)周圍會發(fā)生彈性變形，沖擊波消散后，彈性變形將恢復(fù)，塑性變形區(qū)將受到彈性變形材料的反作用力。
產(chǎn)生有利的壓縮殘余應(yīng)力場，該過程的示意圖如圖4所示，LSP過程示意圖如圖1所示，在典型的LSP裝置中，吸收層和限制層覆蓋樣品表面，黑漆和鋁箔通常用作吸收層，以防止金屬材料蒸發(fā)和蒸發(fā)。
而水或BK7光學(xué)玻璃通常用作限制層，以限制激光誘導(dǎo)等離子體的膨脹，從而增加沖擊波壓力和持續(xù)時間，保護(hù)層和約束層材料的選擇很重要，因為它們會影響沖擊壓力和持續(xù)時間。
Sano等人研究了不同約束介質(zhì)對沖擊波壓力的影響，發(fā)現(xiàn)等離子體在空氣中的膨脹速度大約是在水中的20倍，膨脹速度過快會導(dǎo)致沖擊波壓力降低，Li等人利用K9光學(xué)硼硅酸鹽冠玻璃作為約束層，發(fā)現(xiàn)K9玻璃可以通過一種類似于用水的機(jī)制顯著增加沖，因此，使用水或玻璃作為約束層可以確保沖擊波壓力的充分積累。
從而增加峰值壓力和持續(xù)時間，上圖a和b顯示了LSP后片狀Ti6Al4V鈦合金的，觀察到少量孔隙，但無明顯裂縫或不完全溶解，細(xì)化的等軸α晶粒在圖a中可以清晰地觀察到明亮相，在圖b的偏振光圖像中可以清楚地觀察到紫色相。
如圖b所示，細(xì)化層的厚度可以達(dá)到400?μm，圖c和d顯示了LSP前后晶粒結(jié)構(gòu)的SEM圖像，doi.org/10.1002/adem.2020，激光沖擊強(qiáng)化(LSP)通過在近表面區(qū)域誘導(dǎo)加工硬化，改善了許多金屬構(gòu)件的疲勞性能，近年來，LSP在增材制造、陶瓷和金屬玻璃等新興領(lǐng)域有了許多。
此外，還報道了基于LSP的創(chuàng)新工藝開發(fā)，包括溫LSP、低溫LSP、電脈沖輔助LSP、無涂層，本文旨在對LSP工藝進(jìn)行全面回顧，重點介紹其新的應(yīng)用和創(chuàng)新工藝開發(fā)。
簡要回顧了LSP的歷史和關(guān)鍵事件，還討論了LSP的基本機(jī)理，包括高能脈沖激光產(chǎn)生沖擊波、沖擊波產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力、，以及LSP如何誘導(dǎo)晶粒細(xì)化，綜述了殘余壓應(yīng)力和晶粒細(xì)化對金屬材料機(jī)械性能的影響，討論了LSP的最新發(fā)展，如基于LSP的創(chuàng)新工藝開發(fā)及其新應(yīng)用。
最后，還討論了LSP技術(shù)目前面臨的挑戰(zhàn)和未來的發(fā)展方向，LSP處理可大大提高耐久性，防止表面裂紋，從而延長使用壽命，降低維護(hù)和維修成本，Leap等人報告說，LSP在改善艦載飛機(jī)鯊鉤的疲勞性能方面優(yōu)于SP。
目前，LSP被廣泛用于多種合金的處理，如Ti?6Al?4V，Al2024，Inconel 718和Al7075。
LSP在生物醫(yī)學(xué)植入物治療中的應(yīng)用也有報道，Sealy等人利用LSP處理骨科植入物用的鎂-鈣合，發(fā)現(xiàn)LSP可以同時提高抗腐蝕性能和疲勞性能，抑制植入物在人體內(nèi)的快速降解和失效，Xiong等人結(jié)合LSP和微弧氧化技術(shù)，進(jìn)一步提高鎂合金植入物的抗應(yīng)力腐蝕能力，Zhang等人通過LSP改善了鎂合金植入物的機(jī)械性。
同時不影響細(xì)胞相容性，目前已經(jīng)發(fā)表了多篇關(guān)于LSP的總數(shù)文章，例如，Montross等人系統(tǒng)地討論了LSP對金屬合金微，Gujba等人將LSP與SP和超聲波沖擊噴丸進(jìn)行了，Liao等人總結(jié)了WLSP的基本機(jī)理及其對金屬材料。
Kalainathan等人探索了LPwC的主要機(jī)理，以及它們對不同材料的影響，Clauer發(fā)表了一篇綜述文章，討論了從激光誘導(dǎo)等離子體的發(fā)現(xiàn)到LSP商業(yè)化的歷史，然而，近年來發(fā)表的許多關(guān)于LSP的重要研究沒有在任何綜述，例如，其中包括LSP在增材制造金屬、金屬玻璃、陶瓷和其他。
其他重要的研究集中在LSP過程，包括EP-LSP、CLSP和FLSP，1．介紹，2.1 LSP過程中產(chǎn)生的沖擊波，江蘇激光聯(lián)盟陳長軍原創(chuàng)作品。
還開發(fā)了許多創(chuàng)新的LSP工藝，以應(yīng)對LSP應(yīng)用中的挑戰(zhàn)，Sano等人提出了無涂層LSP（LPwC），它使用低能激光加工金屬部件，隨后發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可提高沸水反應(yīng)器的抗應(yīng)力腐蝕性能。
鑒于現(xiàn)有LSP技術(shù)的缺點，一些學(xué)者提出了新的LSP技術(shù)，如溫?zé)酟SP（WLSP），低溫LSP（CLSP），電脈沖輔助LSP（EP-LSP）和飛秒LSP（FL。
為了應(yīng)對當(dāng)前增材制造（AM）技術(shù)的流行，Kalentics等人和Lu等人將選擇性激光熔化（，以更好地管理增材制造金屬的殘余應(yīng)力、微觀結(jié)構(gòu)和孔隙，為了平衡扭矩，LSP處理的樣品中也會產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力。
這些應(yīng)力會加速疲勞裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，因此不允許出現(xiàn)在部件的關(guān)鍵區(qū)域，因此，必須仔細(xì)設(shè)計LSP加工模式，以確保殘余應(yīng)力得到適當(dāng)分布，尤其是對于具有復(fù)雜幾何形狀的部件。
Zhao等人利用FEM模擬了不同LSP模式裂紋附近，已經(jīng)證明，在優(yōu)化LSP模式時，通過降低有效應(yīng)力強(qiáng)度因子（SIF，見圖6）。
可以最大程度地降低疲勞裂紋擴(kuò)展速率，由于該數(shù)值研究已通過實驗數(shù)據(jù)得到驗證，因此，將FEM和SIF相結(jié)合的數(shù)值方法已被證明是設(shè)計適當(dāng)，圖2 激光強(qiáng)度分布和相應(yīng)的沖擊壓力分布（α?=?0，摘要。
Askar'yan和Moroz測量了高強(qiáng)度激光束對，發(fā)現(xiàn)該壓力足以控制航天器，然而，這些實驗是在真空條件下進(jìn)行的，以防止介質(zhì)擊穿，這種條件在工業(yè)上并不實用，來自Sandia實驗室的Anderholm用激光束。
發(fā)現(xiàn)透明約束層的存在可以顯著增加沖擊壓力，雖然這個實驗也是在真空中進(jìn)行的，但它證明，在透明約束層的存在下，在空氣中不會導(dǎo)致介質(zhì)擊穿的激光功率密度也可以產(chǎn)生足，這一觀察結(jié)果對于涉及激光產(chǎn)生的沖擊波的后期工業(yè)應(yīng)用，Lu和同事測量了經(jīng)過多輪LSP處理的LY2鋁的殘余。
并驗證了LSP誘導(dǎo)的塑性應(yīng)變可以在頂面上產(chǎn)生壓縮殘，隨著沖擊波在材料中傳播時衰減，塑性變形程度將逐漸降低，殘余應(yīng)力值也將隨深度而降低，從圖5可以看出，壓縮應(yīng)力的最大值存在于樣品表面，并沿垂直于表面的方向逐漸減小至零，然后它轉(zhuǎn)化為拉應(yīng)力。
產(chǎn)生拉應(yīng)力以平衡壓應(yīng)力，此外，殘余壓應(yīng)力的大小和深度將隨著沖擊次數(shù)的增加而增加，隨著撞擊次數(shù)的增加，目標(biāo)的塑性應(yīng)變增加，導(dǎo)致更高的應(yīng)力值和更深的壓縮層，為了提高沖擊波壓力預(yù)測的準(zhǔn)確性。
Jiang等人考慮了等離子體傳播過程中目標(biāo)和約束層，參考文獻(xiàn)：G，Askar'yan，E，Moroz。
Sov，J，Exp，Theor，Phys，1963。
16，163 8.，A，H.Clauer，Metals 2019，9。
626，2.2 LSP產(chǎn)生的壓縮殘余應(yīng)力，圖1 LSP實驗裝置的示意圖，本文綜述了殘余壓應(yīng)力和晶粒細(xì)化對金屬材料機(jī)械性能的，討論了LSP的最新發(fā)展和目前面臨的挑戰(zhàn)和未來的發(fā)展，本文為第一部分，因此，本綜述的目的是全面概述LSP。
重點介紹LSP研究的最新進(jìn)展，首先，將考慮LSP的基本機(jī)制，包括沖擊波的產(chǎn)生及其如何影響殘余應(yīng)力狀態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)，接下來，將討論LSP對金屬材料機(jī)械性能的影響，隨后。
討論了LSP研究的最新進(jìn)展，包括WLSP、EP-LSP、CLSP、LPwC、F，以及LSP在增材制造金屬、陶瓷和金屬玻璃中的應(yīng)用，最后，提出了應(yīng)用LSP目前面臨的挑戰(zhàn)，以及未來的研究和發(fā)展方向。
2.LSP的基本機(jī)制，江蘇激光聯(lián)盟陳長軍導(dǎo)讀：，在LSP過程中，來自高能脈沖激光的光穿透透明約束介質(zhì)并照射燒蝕涂層，迅速將受影響區(qū)域加熱到高溫并產(chǎn)生高壓等離子體，等離子體的膨脹會產(chǎn)生沖擊波，使目標(biāo)金屬發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致加工硬化和壓縮殘余應(yīng)力。
與噴丸（SP）相比，LSP具有以下優(yōu)點，1） LSP可以產(chǎn)生更深層次的壓縮殘余應(yīng)力，2） LSP中的工藝參數(shù)可以精確控制，3） LSP后的零件表面完整性得到改善，無需進(jìn)行后處理。
4） LSP可用于處理具有復(fù)雜幾何形狀的部件，5）LSP處理效率高，有利于清潔的工作環(huán)境，由于LSP代表了可以替代SP的新一代表面強(qiáng)化技術(shù)，因此得到了廣泛關(guān)注，圖3作為激光功率密度函數(shù)的峰值壓力測量。
圖5多次LSP沖擊后LSP處理樣品的深度殘余應(yīng)力，插圖顯示了沖擊時間，來源：Recent Developments an，Advanced Engineering Mate，Zhou等人發(fā)現(xiàn)，在水層或玻璃的一定厚度范圍內(nèi)。
增加水層厚度可以增加峰值壓力，然而，一旦超過臨界值，繼續(xù)增加約束層的厚度將降低峰值壓力，因為水膜可以散射激光。
而較厚的水膜將吸收大量等離子體能量，此外，Takata等人通過聲發(fā)射分析研究了不同約束層參數(shù)，他們發(fā)現(xiàn)，沖擊波壓力隨約束層的粘度增加而增加。
最近，Xiong等人利用分子動力學(xué)模擬在微觀尺度上研究了，他們發(fā)現(xiàn)雖然限制層可以有效地提高峰值壓力，但保護(hù)層對壓力的影響很小，并且會在目標(biāo)表面引入雜質(zhì)，因此。
為了獲得更好的加固效果，有必要為保護(hù)層和約束層選擇合適的材料和合適的材料參，SCLSP和HCLSP的重疊樣式，LSP前后Ti6Al4V鈦合金的顯微組織，（a）和（b）LSP后近表面橫截面積的光學(xué)圖像，（c） LSP前后的SEM圖像，（e）（f）c和d中α晶粒的粒度分布。
圖4 LSP產(chǎn)生的壓縮殘余應(yīng)力示意圖。
關(guān)于增材制造功能梯度材料及結(jié)構(gòu)綜述：從多尺度設(shè)計到多功能性能（3）航發(fā)觀察：劉大響院士的內(nèi)容就介紹到這里！
