镁合金由于其比重轻、比强度高等特点而被广泛应用于航空航天、汽车、电子等制造领域,但是其表面强度和硬度较低、耐磨性能较差,严重阻碍了其工程应用,提高轻合金表面性能成为结构件制造中的关键问题之一。纳米颗粒材料由于其特殊的结构和优异的性能而被广泛应用于材料涂层的制备。激光冲击强化技术作为一种新型表面处理技术,具有高压、高能、超快、超高应变率等显著特点,其产生的强冲击波可以作为粒子植入的能量。结合上述特点,本文利用激光冲击强化技术将纳米碳化硅颗粒植入AM50镁合金表面,研究和分析植入后金属表面与截面显微硬度以及摩擦磨损性能,并利用ABAQUS有限元软件模拟分析激光冲击植入纳米颗粒的动态运动以及二次冲击纳米颗粒间能量传递和运动过程,获得了如下结论和主要研究进展:(1)表征镁合金激光冲击植入纳米颗粒后的表面与截面形貌,获得纳米颗粒尺寸对颗粒含量的影响规律;采用12 J单脉冲激光能量冲击植入尺寸分别为60 nm、100 nm、200 nm的碳化硅颗粒,并观察冲击后表面及截面形貌。结果表明,激光冲击强化技术能够有效植入纳米碳化硅颗粒并对纳米颗粒的团聚现象起到一定的分散作用。激光冲击植入不同尺寸的纳米碳化硅颗粒时,植入60 nm碳化硅颗粒的基体表层单位面积纳米颗粒的含量较多,但激光冲击植入100 nm和200 nm的碳化硅颗粒时,激光冲击使得纳米碳化硅颗粒具有更好的分散性,颗粒分布更加均匀,团聚现象更少。(2)研究激光冲击植入纳米颗粒后基体的显微硬度和摩擦磨损性能,并解释激光冲击SiC纳米颗粒植入后镁合金抗磨损性能提高的作用机制;激光冲击植入纳米颗粒的基体表面显微硬度为91.7 HV,相对于原始试样提高了39.2%,相对于单纯激光冲击基体提高了21.1%;激光冲击植入纳米碳化硅颗粒试样组的摩擦系数低于激光冲击组和原始试样组;激光冲击植入纳米颗粒过程中,激光冲击波在基体表面不仅诱导产生了残余压应力,同时细化基体表层晶粒,而且硬质相SiC颗粒在激光冲击作用下被植入基体表层,植入纳米颗粒的试样磨损量体积约为12.85×10-3 mm3,仅为原始基体磨损体积的13.9%,说明激光冲击植入纳米颗粒能够有效提高基体的显微硬度和耐磨损性能。(3)模拟分析镁合金激光冲击植入SiC纳米颗粒的动态运动过程,推导SiC纳米颗粒激光冲击植入深度表达式。在激光冲击植入纳米颗粒动态运动过程中,纳米颗粒运动分散,并随着时间的增加形成增强相表面形貌;随着激光冲击脉冲能量的增加,纳米颗粒深度增加,并伴随更大的塑性变形;二次冲击增加纳米颗粒植入的深度,使得植入颗粒更加分散。类比高速侵彻体对介质的侵彻,推导出一次冲击以及二次冲击纳米颗粒植入最大理论深度表达式,与实验值进行对比,并分析存在误差的可能原因。综上所述,本文研究首先为轻合金表面制备涂层提供了一种新方法,为深入了解镁合金激光冲击植入纳米颗粒的性能改善提供了参考,并为了解激光冲击植入纳米颗粒动态运动过程及植入深度提供了可供参考的分析与理论依据。