航空发动机集中了工业制造和信息行业中的高精尖技术，最能体现国家的工业基础、科技水平和国防实力，被誉为现代工业“皇冠上的明珠”。5月8日国务院印发“中国制造2025”计划，提出十大重点工程，其中排名第三的即为航空航天装备，计划突破高推重比、先进涡桨(轴)发动机及大涵道比涡扇发动机技术，建立发动机自主发展工业体系。那么如果把被誉为“皇冠上的明珠”的航空发动机比作飞机的心脏，发动机中能量转换的主要部件叶片便是当之无愧的“心脏中的心脏”，也有人把它誉为“工业之花的花蕊”。 

　　给予叶片这么高的荣誉和地位，为什么呢？据了解，叶片在高温、高速、高载荷、复杂受力状态、频繁交变温度及腐蚀等条件下服役，工作条件极其苛刻，可靠性要求极高，一旦失效则导致机毁人亡。由此也可知，此工作环境已远远超出了大多数材料的耐受极限。为提高现有航空发动机常用材料钛合金、镍合金的耐受极限，防止工作在极其复杂恶劣环境下的叶片因表面局部损坏而报废，世界各国的科研工作者各显神通寻求破解之道。 

　　研究发现航空发动机叶片故障的40%是疲劳断裂和异物损伤，且失效多数始于表面，因此材料的表面状态对材料的性能影响巨大。研究也发现，表面改性是改善零件表面状态的非常有效的手段。那么表面改性又是何方神圣呢？表面改性技术其实是将材料的表面与基体一起作为一个系统进行设计，利用各种表面处理技术，赋予材料本身不具备而又希望具有的优异性能或提升材料的原有性能，特别是对于极端条件下(如超高温、超耐磨，强疲劳)使用的零部件，先进的材料表面改性技术不仅能够提高零部件的使用寿命，而且可以突破材料的使用极限，从而达到提升整机性能的目的。 

　　新近发展的激光冲击强化是利用强激光束产生的等离子体冲击波以高强度瞬间应力的方式作用在金属零件表面，导致零件表层发生位错、孪晶、晶粒细化等微结构组织演变，形成超过1mm厚的残余压应力层，从而大幅提高零件在恶劣苛刻使役条件下的硬度、强度、疲劳性能、耐磨性能和抗蚀性能。它与冷挤压、喷丸等金属材料表面强化手段相比，具有非接触、无热影响区、可控性强以及强化效果显著等突出优点，是目前最高效的表面改性技术之一，成为了当今各国研究的热点。 

　　练武不练功，到老一场空。武术动作可以天天变换，武功内力却非一朝一夕。航空发动机型号研制可以经常变换，航空发动机技术储备却非一朝一夕。中国科学院沈阳自动化研究所装备制造技术研究室激光冲击强化研究团队自2009年起，在承担国家863计划项目、中国科学院知识创新工程重要方向性项目、中国科学院战略性新兴产业科技行动计划项目、企业委托开发项目等多项纵横向课题的基础上，针对航空发动机钛合金叶片激光冲击强化技术进行了深入的研究和实验分析。构建了多功能的航空发动机叶盘/叶片激光冲击强化设备系统，分析了激光冲击波力学效应加工过程中出现的各种非线性强耦合、多尺度效应、强时空变化现象对加工性能的影响规律，建立了激光等离子体冲击波能量、激光参数、约束层参数与材料组织性能之间的定量描述，实现了制造过程的数字化控制、零件性能的定量预测以及零件性能逐点可控的主动加工方式，激光冲击响应、材料动态力学行为、金属材料微观结构演化、航空金属材料疲劳性能的改善、突破了大型高性能零件性能再提高的技术瓶颈。（作者 沈阳自动化所装备制造技术研究室乔红超）