温度辅助激光微喷丸技术(Warm Micro-scale Laser Peening,WμLP)融合了激光微喷丸强化与表面织构的双重改性技术优势,利用一定温度条件下动态应变时效诱导的位错钉扎效应,显著提高激光微喷丸强化的效果及其高温稳定性,结合表面织构形貌的散热增益,有效缓解摩擦过程中材料表面的热衰退问题。本文以典型的制动盘材料灰铸铁为研究对象,采用WμLP工艺对材料表面实施改性处理,旨在改善灰铸铁表面的摩擦磨损性能并提升抗热衰退能力。采用理论、仿真和实验相结合的方法,探索微尺度下激光诱导冲击波的压力特性以及温度辅助条件下动态应变时效的原理,研究改性工艺对灰铸铁表面完整性的影响及其对摩擦学性能的改善机理。本文主要工作如下:(1)温度辅助激光微喷丸强化理论:根据激光与物质相互作用的物理机制,分析微尺度下激光诱导等离子体冲击波的产生机理和冲击波压力的分布特性。基于冲击波在固体材料中的传播特性和材料的动态本构模型,阐述材料的形变强化机制。结合改性处理后材料表层的微观组织特征,从位错钉扎角度分析动态应变时效(DSA)及动态析出(DP)对激光微喷丸强化效果稳定性增益的影响机理。根据灰铸铁的组织特性和动态应变时效的产生机制,论证DSA和DP效应对于灰铸铁表面改性的适用性,确定灰铸铁的动态应变时效温度范围。(2)制动盘表面织构温度场数值模拟:基于光滑制动盘表面温度场的分布特点,针对盘式制动副单次紧急制动过程,分析制动过程中摩擦热的产生和热传递的方式,引入自由能函数推导耦合热弹性基本方程。在此基础上,采用Comsol软件建立制动盘/片的几何模型,对比表面织构前后制动盘表面的温度场分布,分析织构深度对盘面径向温度分布的影响规律。(3)温度辅助激光微喷丸表面改性:基于德国Spitlight 2000纳秒脉冲激光器搭建温度辅助的激光微喷丸装置,并开展表面改性实验。分别使用共聚焦显微镜、XRD应力测定仪以及纳米压痕仪,观测不同激光能量、不同凹坑面密度以及深径比下,温度辅助激光微喷丸灰铸铁的表面形貌、残余应力、弹性模量以及纳米硬度,结合能量耗散能力的计算,研究工艺参数对材料改性表面完整性的影响规律。通过金相显微镜观察温度辅助激光微喷丸强化区域的微观组织,从残余应力强化、晶粒细化和“牛眼状铁素体”的析出三个方面阐述温度辅助激光微喷丸对灰铸铁材料表面力学性能改善的微观机理。(4)织构表面的摩擦学性能及其改善机理:结合干摩擦理论和磨损机理,以摩擦系数及其稳定性和磨损量为表征参数,开展不同温度条件下的干摩擦磨损实验,研究不同织构参数对灰铸铁表面干摩擦性能的影响规律。采用SEM扫描电子显微镜观测了磨损形貌,讨论其磨损机理。基于EDAX能谱仪与X射线衍射仪分析磨损表面的第三体成分演化规律,通过物相对比揭示动态应变时效及动态析出的综合效应对灰铸铁表面摩擦学性能及其高温稳定性的影响机理。理论研究、数值模拟以及实验研究表明,温度辅助激光微喷丸技术在形变强化引入残余压应力、强化微观组织的基础上,协同动态应变时效及动态析出作用,通过位错的增殖与钉扎有效提高了灰铸铁表面的力学性能,改善了变温条件下材料表面的摩擦学性能,缓解了高温摩擦表面的热衰退现象,在汽车制动系统中具有潜在应用前景。