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随着航空发动机推力和压缩机压缩比的增加，高温合金的服役性能面临更苛刻的要求。表面强化处理可以有效地提高材料使役寿命，并已经成为航空发动机叶片等关键零部件的必要加工手段。激光冲击强化(Laser shock processing，LSP)技术是目前最有效的金属材料表面强化工艺之一，而且适用于壁薄且型面复杂的叶片结构。但是，激光冲击作用下高温合金微细观表面形貌的演变以及激光冲击强化对单晶高温合金组织与性能的影响等方面的相关研究仍显匮乏。本论文期望通过开展激光冲击处理在单晶高温合金等金属材料表面形貌演变、显微组织结构与力学性能变化方面的研究工作，对激光冲击强化技术在高温合金叶片等热端部件上的进一步应用提供参考与借鉴。 对实验单晶高温合金进行激光冲击处理并采用白光干涉仪观察其表面宏观与微观形貌演变。结果显示:单点激光冲击导致材料表面形成圆形凹坑，且多次冲击使圆坑尺寸增加，对应了更高强度的塑性变形;一种表面浮凸（Surface reliefs）结构成为激光冲击后实验合金微观形貌的最主要特征;表面浮凸数量、尺寸随冲击次数增加而增加，分析认为这与材料的动态塑性变形程度相关。另外，对实验变形高温合金进行激光冲击处理并观察表面形貌演变，结果显示:晶界的高强度使其具备较晶内更强的抗变形能力;激光冲击导致材料表面形成破坏性凹坑和具有特定取向性的表面浮凸，表面浮凸的特定取向性与材料锻造残余应力分布相关。 针对激光冲击下高温合金试样表面出现浮凸结构的现象，选取不同类型金属材料实施激光冲击处理，讨论表面浮凸形成过程中的材料形变规律。不同金属材料激光冲击处理后的表面形貌结果表明:激光冲击可诱导材料表面发生局部微尺度反向塑性变形，表面浮凸是表现形式;激光冲击诱导的微尺度反向变形具有普遍性，在多种不同特征的金属材料上均可发现该现象;初步认为激光冲击诱导的反向变形是金属材料在冲击载荷作用下自由塑性流动的体现。 测试激光冲击强化后单晶高温合金试样纵截面与冲击表面的纳米硬度，并观察相应的组织演变。微观机械性能测试结果表明激光冲击处理可诱导材料表面产生显著的硬化效果，并且多次激光冲击处理引入更深的硬化层。激光冲击处理诱导的表面塑性变形主要体现在γ相尺寸的变化，另外激光冲击诱导的塑性变形也引起表面γ相的宽化和窄化。 采用50％搭接率的激光冲击强化工艺对单晶高温合金拉伸试样进行强化处理，研究了试样经激光冲击强化处理后的中/高温拉伸变形行为。结果显示:试验合金的塑性变形起始于材料内部，表面强化对材料屈服强度影响不明显;在700℃拉伸条件下，激光冲击处理诱导材料表面形成的加工硬化层可抑制裂纹快速扩展，提高合金塑性;而在1000℃拉伸条件下，表面加工硬化层抑制了试样的宏观颈缩，导致塑性降低。 不同表面强化程度的单晶高温合金试样的700℃高周疲劳性能测试结果显示:高强度激光冲击强化试样获得更高的疲劳寿命，说明激光冲击强化处理可提高试验单晶高温合金的疲劳性能。失效试样的断裂机理分析结果显示:在测试条件下，材料的疲劳裂纹起始于内部铸造微孔洞并沿{111}晶体学平面扩展;高强度强化试样的瞬断区位于试样边缘，而低强度强化试样的瞬断区则位于试样内部。