众所周知，飞秒激光“削铁如泥”（减材加工），而本文将介绍它的另一个“精分”面——飞秒激光冲击强化。这项技术不用于切割或雕刻，而是专攻“内功”，能在材料表面之下施加“暗劲”，使零部件更加耐用、寿命更长！简单来说，就是为材料做“内部健身”，还不会留下任何痕迹。

如何让金属部件更坚固？古人早就知道“锤打”管用（比如铸剑）。在现代工业中，这被称为冲击强化。其核心在于对材料表面实施“物理暴击”，使其内部产生有益的压缩应力和微观结构变化，从而抑制裂纹的萌生与扩展，显著提升疲劳寿命和耐磨性。

图1 冲击强化：传承自铁匠的古老技艺

喷丸：精度较低，类似霰弹枪射击，难以精准控制，且可能造成表面粗糙或损伤。

纳秒LSP： 需在材料表面附加涂层（如黑色吸收层和透明水约束层），利用纳秒激光（脉冲宽度为十亿分之一秒）诱发热等离子体爆炸，进而冲击材料。

图2 激光冲击强化：告别传统锤打的现代工艺

如何实现？借助“快如闪电”的飞秒激光！其能量极高、脉冲极短，直接作用于洁净的材料表面。神奇的是：材料表层原子瞬间被激发，电子被剥离形成极薄的高压等离子体层。该等离子体在极小空间内急剧膨胀，几乎不产生热效应，从而生成一个超快、超强的冷冲击波，直接传入材料内部！

疑问： 我们通常了解的是飞秒激光用于加工、切割、打孔等“减材制造”，怎么又变成了冲击强化？熊大表示看不懂！

在正文开始前，我先讲个小故事。

传说一位猎人与熊一起旅行。途中休息时，猎人取出冰冷的干粮，用嘴呵气加热。熊问：“你在干什么？”猎人答：“干粮太凉，我把它呵热了再吃。”

又走了一段，再次休息时，猎人煮了热水，端起来吹气。熊问：“你这又是在做什么？”猎人解释：“水太烫，我吹凉再喝。”

熊不愿意了：“同一张嘴！一会儿吹热，一会儿吹凉！你们人类怎么这样？我不跟你玩了！”

图3 猎人用嘴呵热干粮，熊感到困惑

图4 猎人用嘴吹凉热水，熊急了：你们人类一张嘴两样话，怎么说都有理！

现在，请熊大看看飞秒激光：同一束飞秒激光！

工程师A用它对准材料“滋滋”几下，材料被精准去除（切割/钻孔）——这叫飞秒激光减材加工（femtosecond laser subtractive manufacturing），即我们熟知的飞秒激光微加工（femtosecond laser micromachining）。

工程师B拿着看似完全相同的飞秒激光，对另一块材料也“滋滋”几下，材料表面完好无损，内部却变得更强更硬——这叫飞秒激光冲击强化（FLSP femtosecond laser shock peening）。

别急，虽然都使用飞秒激光，但二者的目标和原理截然不同！切勿被“同款激光”所迷惑：

原理：利用超高功率峰值直接破坏材料内部的化学键，使材料瞬间“气化”或“崩飞”。关键在于该过程极快，热量来不及传递（冷烧蚀），周围材料几乎不受影响。

结果：材料部分被去除，形状改变，表面可能留下凹坑或图案。

口号：“打而不伤（热影响小），但必打飞（去除）！”（熊大：懂了，这是“吹飞”！）

应用：精密打孔（如喷油嘴）、刻蚀微流道、切割手机玻璃、制作防伪标记。

原理：通过激光在材料表面极薄层内瞬间形成高压等离子体，该等离子体迅速爆炸产生超快、超强的冷冲击波。冲击波物理性锤击材料表层，使晶格变形，引入强大的残余压应力和位错网络。

结果：表面几乎无变化，但内部被夯实！硬度、抗疲劳性、耐磨性、耐腐蚀性大幅提升！

口号：“温柔的雷霆，铁打的筋骨！”（熊大：哦……这是“吹……压实了”？还是不懂！）

应用：延长发动机叶片寿命、增强人工关节耐磨性、提升精密模具耐久性、防止关键结构件疲劳断裂。还可用于增材制造（3D打印）中的“层间强化”！

为熊大（和可能同样困惑的你）总结关键点：

减材加工：激光能量用于 “破坏化学键”（拆除），做减法，改变形状/表面。（好比猎人“吹飞”干粮碎屑？）

冲击强化：激光能量用于 “产生冲击波”（内部挤压），做内部强化，提升性能，外形不变。（好比“吹”出一股无形压力将干粮压实？似乎也不贴切……算了，熊大放弃思考！）

本质区别：一个致力于化学/物理破坏（拆），一个专注于纯物理挤压（建）。 虽然都借助飞秒激光这张“神嘴”，关键在于“吹”的力度，即飞秒激光的强度。超过烧蚀阈值，即为减材加工；低于该阈值，则是冲击强化。

如果你某天用飞秒激光脉冲处理材料，连一点痕迹都没留下，别失望，反而应感到高兴——因为你已经成功实现了飞秒冲击强化。

图5 三种冲击强化方式对比：纳秒冲击强化需附加吸收层和水约束层；纳秒绿光可省略吸收层；飞秒冲击强化则两者皆无需。

冷：脉冲极快，热量几乎无扩散，接近零热影响，材料表面保持光洁。怕热？不存在的！

准：激光可聚焦至微米级别，指哪打哪。复杂曲面、微区强化？轻而易举。如需对心脏支架的某个关键部位“加个buff”？完全可行！

狠：冲击波强劲而迅速，能在材料更深处引入高强压应力，效果更持久。

省事：无需附加层，无需水，直接作用，流程更加简洁。故被称为“干法冲击强化”。

成本高：飞秒激光器价格昂贵，运行维护成本也高。目前属于“贵族技术”。

速度慢：飞秒激光单脉冲一般比纳秒脉冲能量低，大面积处理耗时较长。工业化应用必须提升效率。

参数调试复杂：效果优劣取决于激光参数（能量、脉宽、频率、扫描策略）与材料特性的匹配。寻找最优方案需大量实验与模拟，费时费力。

表面对洁净度要求高：材料表面需干净、平整。如有油污或氧化层，效果可能大打折扣。预处理要求较高。

飞秒冲击强化凭借其“冷、准、深、净”的特点，无疑是表面强化领域的“潜力新星”。待其效率提升、成本下降、操作智能化后，将在航空航天、高端医疗、精密制造、能源装备等领域大有可为。

想象一下：

飞秒激光冲击强化，它施展的是深藏不露的“内劲”，以“快、准、冷”的科技手段，为材料内部注入强大的“抗压之力”。它与它的“精分兄弟”减材加工一同，完美展现了飞秒激光作为“瑞士军刀”的多面手能力。

下次如果有人（或熊）质疑：“同一束光，怎么能干相反的事？” 你就把这个故事讲给他/它听！然后潇洒地说：“科技，就是这么‘精分’且强大！” 材料强，则工业强！飞秒冲击强化——这波“内增高”值得期待！

（熊大：行吧行吧，你们人类厉害，我跟你们玩不起！）

点个在看你最好看