钛合金是当前高性能制造产业中使用最多的耐高温合金结构材料。钛合金常被用来制作航空发动机上的叶片、压气机盘、涡轮盘等关键零部件,在发动机的实际使用环境中,叶片等关键部件容易发生疲劳裂纹、疲劳断裂以及表面腐蚀,因此改善钛合金的结构性能和抗腐能力具有重要意义。作为一种表面改性的高新技术,激光冲击能够成功地优化金属的综合力学特性,增强其耐腐蚀性。本文以TC11钛合金为研究目标,通过激光冲击、热腐蚀、性能测试等实验,证实了激光冲击(LSP)增强TC11钛合金力学性能以及耐热腐蚀能力的可行性,分析总结了强化机理和耐腐蚀增强的机理。论文的研究内容及结论如下:(1)分析了激光冲击波从保护层、约束层再到金属表面的能量转化和冲击作用过程,通过理论分析和推导,优化了强化处理TC11钛合金的实验参数。(2)探究了不同冲击次数作用下,TC11钛合金的表面残余应力、截面残余应力、表面粗糙度、三维形貌及显微硬度等力学性能的变化。阐述了冲击强化改善合金综合力学性能的原理。研究结果表明:经过强化处理后,残余压应力的最大测量值出现在材料最上层,强化的次数越多,影响层越深;强化的次数达到某一数值后,激光冲击对显微硬度的影响削弱;强化次数增加,合金表面的凹痕加深,导致粗糙度值变大。(3)研究了激光冲击后TC11钛合金内部位错运动及晶粒细化的过程。结果表明:激光冲击后表面发生塑性变形,分布不均匀的位错会不断繁殖,由于位错之间的相互作用就会形成位错缠结、位错胞、位错墙等位错结构。位错运动继续发展,会继续演化为亚晶界,新的组织结构会切割原始的晶粒组织,使晶粒逐渐被细化,直到内部能量稳定后,晶粒细化完成。(4)讨论了腐蚀温度和持续时间对热腐蚀性能的影响,并证实了冲击处理增强TC11钛合金的耐热腐蚀性的有效性。实验结果表明:激光冲击后,TC11钛合金热腐蚀过程的孕育期增长,合金的失重加速度减小;热腐蚀过程中会形成氧化层和腐蚀层。激光冲击后,表面氧化层更加紧密完整,腐蚀表面的裂纹、凹坑和剥落得到了抑制;随着持续时间或腐蚀温度的增加,不仅表面腐蚀加剧,而且出现严重的表面裂纹、凹坑和脱落。(5)研究了TC11钛合金的热腐蚀形貌变化及激光冲击增强其耐腐蚀性的机理。研究结果表明:热腐蚀现象是氧化膜从产生到出现裂纹、凹坑,最终脱落的一个过程。激光冲击后,产生的残余压应力可以减少裂纹的产生,增加氧化物与基体表面的粘附力,减少应力腐蚀,防止腐蚀加剧;合金内部的位错运动使内部的晶粒组织不断被分割细化,生成大量的细晶组织。位错运动产生的内部缺陷和晶粒细化提高了合金的力学性能及表面结构稳定性,使腐蚀过程中生成的氧化物均匀紧密,可塑性增强,从而提高抗腐蚀性能。