含纳米Al_2O_3/Fe_3O_4的FeS固体润滑复合层的摩擦学性能

采用离子氮碳共渗与离子渗硫复合处理技术在45钢表面制备FeS固体润滑复合层,复合层中硫化物表层厚度约为10μm,其硫化物颗粒与孔隙均在微纳米量级且分布均匀。复合层相组成主要为FeS、FeS2和Fe3N。在含0.1%n-Al2O3＋0.08%n-Fe3O4液体石蜡润滑下,复合层与纳米Al2O3/Fe3O4复合添加剂产生协同作用,磨损表面形成了由硫化物、硫酸盐、氮化物等组成的化学反应膜,使FeS固体润滑复合层表面摩擦因数最低,始终保持在0.07左右,体积磨损量最小,比未渗表面降低了92%,比渗硫表面和氮碳共渗表面分别降低了85%和44%。     

7075-T651铝合金表面纳米化处理及其强化机理

通过表面机械滚压处理(SMRT)方法实现了7075-T651铝合金表面的纳米化。电子背散射衍射(EBSD)研究表明,SMRT后的试样表层形成了梯度纳米层:表层纳米晶粒层厚度约为50μm,平均晶粒尺寸约为200 nm;亚表层变形晶粒层厚度约为450μm,平均晶粒尺寸约为2μm,母材呈现出典型的轧制晶粒特征,平均晶粒尺寸约为5μm。拉伸试验结果表明,SMRT后试样的强度得到了显著提高,塑韧性也没有明显下降。通过SMRT在材料的表层引入了梯度纳米结构,这种特殊结构具有较为优秀的强度和塑性的匹配,是力学性能提升的主要原因。     

堆焊层预压力滚压表面纳米化层的微观结构

利用场发射扫描电镜、高分辨透射电镜和表面三维形貌仪对经预压力滚压表面纳米化处理的堆焊层的表面微观结构进行研究。结果表明,用中锰焊丝在Cr-Ni合金钢表面制备堆焊层,经滚压加工后,零件表面粗糙度明显降低,零件表面层形成厚度约10μm的明显塑性变形层;在最表层形成了平均晶粒尺寸约10 nm的具有随机取向的等轴晶,纳米晶粒的尺寸随距表面距离增加而增大;在距表面为10~15μm处,存在平均晶粒尺寸约100 nm的等轴晶和具有相近尺寸的胞状结构。预压力滚压加工在提高表面光洁度同时,能够有效地将堆焊层的树枝状晶细化为纳米晶。     

H13钢等离子低温渗硼的研究

为了提高热作模具钢H13的性能,延长模具的使用寿命,对表面纳米化后的热作模具钢H13,在远低于传统渗硼温度的600℃下实施等离子低温渗硼试验.结果表明:表面纳米化后的H13钢在600℃和4～8h的渗硼处理后,表面确实形成了6～10μm厚度的渗硼层,且具有约为16GPa的极高硬度;4～8h的不同渗硼时间,对渗硼层厚度,成分含量及形貌结构变化有影响,实验证明了表面纳米化处理对低温渗硼层的形成起到必要和良好的促进作用.     

304不锈钢纳米晶粒表层液体氮碳共渗后的结构和力学性能

采用表面机械研磨处理(SMAT)在304不锈钢表面形成纳米晶粒表层,对粗晶粒和表面纳米化的304不锈钢试样采用一种较为环保的新型介质在450℃进行氮碳共渗(分别标记为CG-NC和SNC-NC试样)。结果表明,氮碳共渗的两种试样表面光滑,表层主要由含氮的S相组成,但SNC-NC试样仍保留纳米晶粒的表面结构。SNC-NC试样的氮原子扩散深度(13.3μm)、硬度(1040 HV0.05)和耐磨性都高于CG-NC试样(8.2μm,780 HV0.05)。     

高速旋转丝变形表面纳米化

采用高速旋转丝变形工艺对低碳钢表面进行塑性变形,以实现材料的表面纳米化.用光学显微镜、x射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、显微硬度计和表面粗糙度测量仪等研究塑性变形处理后样品的显微组织及表面性能变化.结果表明:低碳钢经过高速旋转塑性变形处理后,在表面形成厚度为40μm的塑性变形层,最表面层的晶粒尺寸约为16nm,晶粒尺寸沿深度方向不断增大;表层显微硬度比心部基体硬度提高3倍;但表面粗糙度 Ra 增加到10μm.     

铝合金表面纳米化处理及显微结构特征

采用高能喷丸技术在1420铝合金上制备出纳米晶结构表层,利用X射线衍射仪、透射电子显微镜及高分辨电子显微镜研究由表层沿厚度方向的结构变化特征,并对硬度沿厚度方向的变化进行分析.结果表明:经过表面高能喷丸处理,样品表面形成了厚度约为20μm的纳米晶层,平均晶粒尺寸由约20 nm逐渐增加到约100nm;距表层约20～50 μm为亚微细晶层;表面纳米化的程度与塑性变形量有关;表面纳米化是通过位错滑移的塑性变形方式实现的;与样品的内部相比,表面硬度显著提高.     

35钢表面增压喷丸纳米化对气体软氮化的影响

通过表面增压喷丸处理,在35钢表面形成了厚40 μm的纳米晶层,对具有纳米晶层的试样进行气体软氮化.采用透射电镜、扫描电镜、X射线衍射仪等对35钢表面纳米晶组织及其软氮化渗层组织进行了观察与分析,并测试了渗层硬度.结果表明:经过增压喷丸处理的试样,化合物层厚度大约为原始试样的2倍,软氮化时间可由10h缩短为3 h;渗层硬度也有明显的提高.     

38CrSi钢表面纳米结构层力学性能的研究

采用超音速微粒轰击技术在38CrSi合金钢表面制备了厚度约为25μm纳米晶层.利用X射线衍射、扫描电镜和透射电镜对表面结构进行分析.纳米结构层的最表面层的晶粒尺寸约为16nm,晶粒尺寸随着距表面距离的增加而增大.利用纳米压痕仪对表面纳米结构层的力学性能进行研究,结果表明,当表面晶粒尺寸降低到纳米量级时力学性能明显改善,最表面纳米结构层的硬度是基体的2倍左右,并服从Hall-Petch关系;表面纳米结构层的弹性恢复系数明显提高;利用该方法制备的纳米晶对弹性模量的影响较小;对表面纳米化样品进行低温退火处理可使纳米结构层的性能更加稳定.分析表明表面纳米结构层力学性能的改善主要是表面晶粒细化的结果.     

表面纳米化7A52铝合金在油润滑条件下的耐磨性能

采用高速颗粒轰击技术在7A52铝合金表面制得一定厚度纳米结构表层,利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察了表面纳米晶层的微观结构特征,利用多功能纳米压痕仪和往复式摩擦磨损试验机测试了样品表面纳米化前后的硬度和耐磨性能。结果表明:7A52铝合金经高速颗粒轰击处理后样品表层形成了厚度约90μm塑性变形层,最表层晶粒尺寸约为8～20nm;表面纳米晶层的显微硬度约为原始样品的1.76倍;在油润滑的低载荷和中等载荷条件下,表面纳米化抛光样品的磨损量为原始样品的1/2～1/3;表面纳米化样品的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损,而原始样品的磨损机制为黏着磨损和疲劳磨损,表明其具有优异的耐磨性能。     

表面纳米化对45钢硼铬稀土低温共渗的影响

采用快速多重旋转技术(FMRR)对45钢进行表面纳米化处理,然后对其进行650℃×6 h的硼铬稀土低温共渗,并利用TEM、SEM、电子显微硬度计进行表征。结果表明:快速多重旋转技术处理后的45钢表面发生了剧烈塑性变形,产生了纳米级晶粒,变形层厚度约30μm,硬度比基体提高40%;处理后的45钢表面硼铬稀土低温共渗层无明显的梳齿状、较为连续,平均厚度27μm,其硬度为1200~1700 HV,共渗层主要由单相Fe2B组成。     

有表面机械磨损处理辅助的合金钢强化渗硼动力学

用表面机械磨损处理(SMAT)在AISI H13钢上制备一层纳米结构的表面层。研究了这种SMAT试样的渗硼性能和粗晶粒对应物的比较。SMAT试样的硼扩散深度在600℃,2 h渗硼后的峰值是8μm,比粗晶粒试样深得多。在SMAT试样上用600℃接着更高温度的双重渗硼处理能合成厚得多的渗硼层。而且SMAT试样的活化能是1403 kJ/mol,比粗晶粒的209.4 kJ/mol低得多。结果表明,用双重渗硼处理的SMAT试样能明显增强渗硼动力学。而且热疲劳试验表明,具有优良抗氧化性和高温机械强度的渗硼层能有效延迟热疲劳裂纹的萌生,阻碍它们的传播。所以经双重渗硼处理的H13钢的热疲劳性能可以大大提升。     

表面机械研磨诱导AISI 304不锈钢表层纳米化Ⅰ.组织与性能

采用表面机械研磨处理(SMAT)在AISI 304不锈钢上制备出纳米结构表层,研究纳米化行为及其对硬度的影响.结果表明:经过SMAT后,样品表面形成了厚度约为30μm的纳米晶层,显微组织由平均晶粒尺寸约为10 nm的单一马氏体相演变为尺寸稍大的双相组织;在距表面30-300 μm的范围内,显微组织由以亚微米级的奥氏体多系孪晶为主逐渐演变为单系孪晶.表面纳米化是晶粒碎化与纳米尺度新相形成共同作用的结果.与心部相比,表面硬度显著提高.     

J507堆焊层超声冲击表面纳米化

采用在工程上获得广泛应用的超声冲击技术在J507堆焊层上制备纳米结构表层,利用金相显微镜、x射线衍射和透射电子显微镜表征了表面纳米晶层的结构,并对超声冲击表面纳米化处理前后表面层显微硬度的变化进行了分析.结果表明,经过超声冲击处理后,试样表层的晶粒可细化至21.25 nm.在超声冲击载荷作用下,粗晶粒内部形成高密度的位错墙和位错缠结,位错墙和位错缠结逐渐演变成小角度亚晶界,小角度亚晶界继续吸收位错而转变成大角度晶界,亚晶内部不断重复上述过程,使晶粒尺寸不断减小,最终形成纳米晶.表面强化层的厚度为100 um.与样品的心部相比,表面纳米晶层的显微硬度提高1.4倍.     

快速多重旋转碾压对碳钢表面组织结构及渗硼的影响

目的进一步提高碳钢表面低温B-Cr-Re固体渗硼层的质量。方法采用快速多重旋转碾压法(Fast multiple rotation rolling,FMRR)对碳钢表面进行预处理,然后进行低温B-Cr-Re固体共渗研究。利用透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等测量仪器对基体表层组织结构、显微硬度和渗硼层组织结构进行了表征。结果经FMRR处理后,基体表层发生严重塑性变形,沿着垂直于基体表面由表及里的方向,变形程度逐渐变小,总变形层厚度约为30μm,变形方向呈方向一致的流线结构;部分晶粒发生破碎现象,晶粒逐渐细化,出现约为30nm的纳米结构层,同时观察到基体表层存在非晶、孪晶、高密度位错等结构缺陷。经FMRR处理后,只有?-Fe相的X射线衍射峰变宽,但未发现新相产生。结论经FMRR处理后,基体表层显微硬度明显提高,基体表面得到明显强化。FMRR方法提高了基体表面低温B-Cr-Re共渗速度,低温渗硼层的平均厚度约为30μm,约为未处理低温渗硼层厚度的1.7倍,低温渗硼层质量也明显得到改善。     

超声冲击对65Mn钢渗铬层摩擦磨损性能的影响

目的 提高65Mn钢的固体粉末渗铬层厚度和耐磨性能。方法 对65Mn钢进行超声冲击（UI）和固体粉末渗铬（SPC）相结合的复合工艺处理。采用X射线衍射仪（XRD）、光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）,研究UI+SPC复合工艺处理后65Mn渗铬层的物相结构、厚度及元素分布。通过显微维氏硬度计、摩擦磨损试验机研究渗铬层的显微硬度和摩擦磨损性能。结果 SPC处理试样的渗层厚度约为45μm,UI+SPC复合工艺处理试样的渗层厚度约为58μm,相比SPC试样,渗层厚度提高了13μm。渗铬层表面均匀致密,主要相组成为（Cr,Fe）₂₃C₆、（Cr,Fe）₇C₆、Cr₂C。UI+SPC试样渗层表面硬度达1659HV,约为基体表面硬度的6倍,且硬度从表面至心部呈梯度下降。UI+SPC试样表面渗铬层具有较好的耐磨性能,平均摩擦系数为0.170,磨损量约为基材的1/4,其主要磨损机理为粘着磨损和氧化磨损,伴随着磨粒磨损。结论 UI可有效提高SPC工艺的Cr原子扩散性能,提高渗...     

低碳钢表面纳米化处理及结构特征

采用表面机械研磨技术在低碳钢上制备出纳米结构表层，利用X射线衍射和电子显微分析研究表层的结构特征，并对厚度沿厚度方向的变化进行分析，结果表明，经过表面机械研磨处理后，样品表层的晶粒可细化至纳米量级，表面纳米晶层的厚度约为40μm，平均晶粒尺寸由10nm，逐渐增加到100nm，在距表面约40－80μm的深度为亚微晶层，平均晶粒尺寸进一步增至1000nm,与样品的心部相比，表层的硬度显著提高。     

铝合金表面高能喷丸纳米化过程中析出相的返溶

利用HRTEM和TEM研究了Al-Zn-Mg合会高能喷丸表面纳米化过程中微观结构的演变。结果表明，经表面高能喷丸处理，样品表面形成了厚度约20μm的纳米晶层，随温度的增加，平均晶粒尺寸由约20nm逐渐增加到约100nm；随着塑性变形量的增加，η相在纳米晶区内几乎完全返溶，形成晶粒尺寸小于100nm的单相α过饱和固溶体。其原因可能是由于α固溶体的晶粒尺寸超细化而导致固溶度增加。     

16Mn钢固体渗硼工艺研究

采用不同渗剂配比、不同加热温度对16Mn钢进行固体渗硼处理,并对其显微组织、显微硬度及试样表面成分进行分析。结果表明:渗剂(硼砂、氧化铝、氟硼酸钠)工艺为950℃×4 h的渗层厚度约为55μm;渗剂(硼砂、碳化硅、氟硼酸钠)工艺为1050℃×4 h的渗层厚度约为65μm。两种工艺处理后显微硬度均明显高于基体硬度,但1050℃×4 h得到的渗层与基体结合强度更高,其表面层生成FeB或FeB、Fe_2B。     

表面纳米化对SS400钢应力腐蚀性能的影响

采用高能喷丸技术对SS400钢表面进行纳米化处理,利用透射电子显微镜分析了表面纳米晶层的结构特征,同时对高能喷丸表面纳米化处理后残余应力沿厚度方向的变化进行了分析.结果表明:经过超声冲击处理后,试样表层的晶粒可细化至纳米尺度,且在表面形成厚度约为600 μm的压应力层,压应力沿试样深度方向逐渐减小直至过渡到拉应力.在98±3℃温度下,Ca(NO3)2 57%+NH4NO3 3%溶液中进行的慢应变速率拉伸试验,结果表明,高能喷丸表面纳米化可以提高SS400钢的抗应力腐蚀开裂(SCC)性能.