传统上,金属是用微小的金属球轰击材料,或“炮弹”,以在表面产生一层压应力,防止金属疲劳和减少腐蚀。然而,劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL,利弗莫尔,CA)的科学家们已经开发出一种新的方法来处理飞机的关键部件,如涡轮发动机部件。先进的激光喷丸处理生产的零件寿命更长,成本更低。

激光和冲击发电技术处理金属部件的表面。在激光喷丸过程中,激光束在金属部件的表面上产生100万PSI脉冲。强烈激光的短脉冲造成金属表面上的压力脉冲,从而产生进入金属并压缩它的冲击波。

压缩应力增加了组分对失效机制的抵抗力,例如疲劳,微动疲劳和应力腐蚀。由于激光喷丸工艺赋予的较深的压缩残余应力,部件更耐疲劳应力。这转化为增加的分量寿命和降低的维护成本。

激光喷丸技术发明于20世纪70年代。然而,由于成本高、激光速度慢,该技术从未用于生产商业部件。

LLNL的工程师们开发了一种掺钕的玻璃激光器,峰值功率为10亿瓦,大约相当于一个大型商业发电厂的输出功率,峰值功率为每秒200亿分之一秒。LLNL激光器的平均功率为125瓦,每秒可以发射5个脉冲,而市面上最好的激光器每4秒只能发射一个脉冲。

激光允许施加压缩应力在表面下方的深度为0.04英寸,这是比传统喷丸的四倍。“这种增加的深度是一种抑制裂纹启动和传播的手段,”LLNL激光科技程级领导者的Lloyd Hackel表示,激光喷丸的初始开发人员Lloyd Hackel说。“我们可以在手术上施加激光喷丸,并在易受裂纹繁殖的区域中放置压缩压力,从而强化这些组分。

“这是21世纪的技术,使工程师能够设计更安全,更轻,表现更好,更经济的飞机部件,”索赔。

潜在的航空航天应用包括着陆齿轮,翼梁,隔板和驱动齿轮。Rolls-Royce(伦敦)和其供应商之一,金属改进公司(Paramus,NJ)目前正在使用激光喷丸在喷气发动机上产生关键风扇刀片部件。

展望未来,激光喷丸强化技术将在其他行业得到应用。例如,哈克尔说,这项技术可以用于生产高性能汽车发动机零部件、深海石油钻探设备、核废料储存容器以及医疗设备,如膝关节和髋关节植入物。