镁合金地表储量丰富,且具有密度小、比强度与比刚度高、导热性与导电性良好等特性,因此受到广泛的关注。但镁合金也因其耐磨性能和力学性能较差而制约了其应用。因此,采用表面改性技术以增强镁合金表面的力学性能具有重要的现实意义。本文以AZ91镁合金为研究对象,分两组实验对激光冲击镁合金产生的力学效应和表面结构变化效应进行研究。首先采用钕玻璃脉冲激光对镁合金表面进行冲击处理,激光冲击后研究了激光冲击对镁合金表面纳米硬度等纳米力学性能和表面残余应力性能的影响,并采用ABAQUS对激光冲击产生的表面残余应力进行了数值模拟研究。然后分别采用不同能量的激光对镁合金进行冲击处理,研究了不同能量状态下镁合金的表面形貌、横截面金相以及激光冲击区域材料组成成分的变化。镁合金的力学性能变化研究表明,激光冲击后冲击区域材料表面纳米硬度提高,纳米性能得到改善;材料表层受激光冲击波作用发生塑性变形,并产生较高的残余压应力分布,且数值模拟结果与实验测量结果一致。可以看出,激光冲击后材料表面的强度和硬度都得到提高。镁合金激光冲击表层结构变化研究表明,激光冲击后在材料表面出现波纹状周期性微观结构;并且材料表面波纹的分布状况和特性受激光能量的影响;激光冲击后从冲击区域横截面的金相分布来看,冲击区域晶粒内出现晶粒细化和孪晶等现象;但激光冲击区域材料成分没有发生变化。最后,从等离子体对材料的作用和等离子体内部相干受激光散射机制引起的光栅效应两个方面出发,讨论了热传导、热辐射以及激光照射等因素在试样表面产生热微扰动现象的耦合过程,进而从表面热微扰动的非平衡状态探讨了表面波纹形成机理。激光冲击处理技术是先进的表面改性技术,具有许多优点。有望在镁合金表面改性及镁合金的推广应用方面发挥巨大的作用,因而具有巨大的科学研究价值。