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。     

Cr-Si合金钢表面纳米层对低温离子渗硫的影响

利用超音速微粒轰击技术在调质处理的Cr-Si合金钢表面制备了厚度约25μm的纳米晶层。透射电镜（TEM）对表面结构的观察表明,最表面层形成了具有随机取向等轴的纳米晶粒,晶粒的平均尺寸约为16nm。对表面纳米化试样进行低温离子渗硫处理,在纳米结构表层形成了厚度约10μm的硫化物固体润滑薄膜。对硫化物层的结构分析结果表明,试样经表面纳米化处理后表面的扩渗性能和化学反应能力明显提高,在硫化物层和基体的界面处出现了厚度约为1-2μm的硫元素的扩渗层。表面纳米化试样表面硫化物的含量明显高于原始试样的硫化物的含量,且硫化物层主要由FeS相所构成,而在原始试样的硫化物层中FeS2的含量相对较高。表面层的晶界体积分数以及原子活性提高是表面纳米化试样表面化学反应能力和扩渗能力提高的主要原因。     

机械滚压对304L不锈钢组织和性能的影响

采用表面机械滚压处理(SMRT)方法,分别在室温空气中和液氮中对304L不锈钢进行处理,制备出了纳米晶表层.用OM,SEM,XRD和TEM对试样组织结构的演变进行了分析;通过测定试样表层到内部的硬度研究了SMRT对试样硬度的影响.结果表明,试样表层形成了晶粒取向各异的纳米晶组织,晶粒尺寸与处理环境和处理次数有关.SMRT还使试样内部产生了大量的机械孪晶和内晶界,使试样发生了显著的马氏体相变.硬度显著提高并随距试样表面的距离的增加减小.SMRT与传统的表面纳米化方法相比,可以在不同的温度和介质环境下对试样进行表面纳米化,并能形成较厚的硬化层,而且工业化前景较好.     

表面机械研磨诱导AISl 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AISl 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10nm的单一马氏体相演变为尺寸稍大的双相组织，在距表面30—300μm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．     

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。     

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.     

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.     

医用钛合金表面纳米化组织与性能研究

针对近β型TLM钛合金试样表面进行了不同时间的高能喷丸处理,采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)以及显微硬度仪等对不同喷丸处理后的试样进行了组织观察和性能测试。研究发现,在喷丸的近表层发生了纳米化,形成了一定厚度的纳米晶层。喷丸处理时间越长,最表层的平均晶粒尺寸越小,晶粒尺寸沿着厚度方向有梯度变化,距喷丸表面越远,晶粒尺寸就会越大。同时纳米晶层的显微硬度相对于基体组织有大幅提高,显微硬度距表面距离越远,显微硬度越低,硬度的提升主要是由于表面晶粒细晶强化的作用所致。     

喷丸工艺对TC4钛合金梯度纳米晶结构的作用规律

目的通过改变喷丸的压力或时间,在钛合金表面制备出剧烈塑性变形(SPD)层较厚、硬度较高的梯度纳米晶结构。方法改变喷丸压力(0.3~0.6 MPa)或喷丸时间(15~60 min),调控TC4钛合金表面梯度纳米晶结构的变形层厚度和纳米晶晶粒尺寸。利用金相显微镜观察塑性变形层截面的组织形貌,通过X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)确定喷丸表面纳米晶的晶粒尺寸,通过显微硬度计对塑性变形层的截面硬度进行研究。结果一定喷丸压力(0.6MPa)下,SPD层和总变形层厚度分别在喷丸25、30 min时达到饱和值78μm和143μm。一定喷丸时间(25 min)下,SPD层和总变形层的厚度随喷丸压力的增加而增厚,在0.4 MPa时达到饱和,分别为78μm和120μm。当SPD层厚度进入饱和阶段后,表层晶粒大小和硬度强化程度都趋于稳定;在0.6 MPa下,当表面α相细化至稳定阶段时,晶粒尺寸为30~90 nm,表面硬度提高约30%。结论喷丸SPD层及总变形层的厚度随喷丸时间的延长或喷丸压力的增大而增厚,当SPD层厚度趋于饱和后,表面晶粒尺寸和硬度强化程度都已饱和。     

喷丸处理诱导高锰钢表层纳米化

采用表面喷丸处理的方法在高锰钢上制备出纳米结构表面,利用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)及高分辨透射电镜(HRTEM)研究由表面沿厚度方向的结构变化特征,并对显微硬度沿厚度方向的变化进行分析。结果表明:经过表面喷丸处理,样品表面形成了厚约30μm的纳米晶层,平均晶粒尺寸由11nm逐渐增加到100nm;高密度的位错反应和重组以及多重孪晶在奥氏体高锰钢表面纳米化过程中起重要作用;与样品的基体相比,表层的显微硬度显著提高。     

低温HVOF微粒撞击稀土镁合金表面纳米化的组织特征

材料失效多发生于表面,采用超音速火焰喷涂设备获得了低温HVOF微粒,对稀土镁合金表面进行纳米化处理,并利用金相显微镜和透射电镜对处理后的试样进行微观组织表征分析,沿试样厚度方向进行显微硬度测试。结果表明：镁合金表层晶粒细化明显,形成了晶粒尺寸小于20 nm的随机取向的纳米晶,纳米晶层深约80 μm,随着深度的增加晶粒尺寸增加。表面纳米化是通过位错和孪晶的协调变形,导致大晶粒被分割细化而成。表层硬度显著提高,是基体硬度的2倍。     

Effect of Nanocrystalline Surface and Iron-containing Layer Obtained by SMAT on Tribological Properties of 2024 Al Alloy

采用表面机械研磨处理技术,选用陶瓷球和钢球作为弹射介质,在 2024 铝合金表面分别制备出纯净的纳米晶层和含铁纳米晶层。表面机械研磨处理前后2024铝合金摩擦磨损性能在载荷为1.5 N的条件下与直径为 5 mm 的 GCr15 钢球对磨进行了研究。结果表明,表面机械研磨处理 30 min 后,陶瓷球处理铝合金表面纳米晶层平均晶粒尺寸达到 49.2 nm,钢球处理铝合金表面纳米晶层平均晶粒尺寸细化到 52.1 nm。此外,采用钢球作为弹射介质进行表面机械研磨处理在纳米晶表层引入了厚度约为 5 μm 的含铁层。在晶粒细化、硬度增加和含铁层的润滑作用共同作用下,2024铝合金的耐磨性能得到显著改善     

钛合金TC4表面纳米化及其热稳定性

利用超音速微粒轰击技术(supersonic fine particles bombarding,SFPB)对钛合金TC4进行了表面纳米化处理,并对SFPB处理后的试样进行不同温度2 h退火处理。借助X射线衍射、显微硬度计、透射电子显微镜和差热分析对纳米化及热处理后的试样进行了组织和性能表征,研究钛合金表面纳米化机理及其热稳定性。结果表明:经过SFPB处理后的试样在表层形成了纳米结构层,随着处理时间的延长,变形层厚度不断增加,晶粒尺寸逐步细化,当SFPB处理30 min后晶粒尺寸趋于稳定,在表层形成了晶粒尺寸约为15 nm具有随机取向的纳米等轴晶。纳米化后的试样在750℃退火时,纳米晶未发生明显粗化,因而具有很好的热稳定性。     

0Cr18Ni9不锈钢表面纳米化组织及其热稳定性对低温渗氮行为的影响

采用超音速微粒轰击技术(SFPB)对0Cr18Ni9不锈钢试样进行了表面纳米化处理,并对SFPB处理后的试样进行热处理和低温气体渗氮处理,分析讨论了表面纳米化组织及其热稳定性对低温渗氮行为的影响.结果表明:经SFPB处理后,试样表层形成厚约250 μm的变形区,表面组织为纳米晶,平均晶粒尺寸为15 nm,其变形机制以孪生为主,变形同时表面发生了马氏体相变,表面硬度明显提高.对SFPB处理的试样经450 ℃热处理后,纳米晶未发生明显粗化,马氏体量减少很小,硬度保持稳定,因而具有良好的热稳定性.晶粒细化、马氏体相变及其良好的热稳定性有利于实现低温快速渗氮,使渗层厚度明显增加,表层硬度得到进一步提高,硬度分布梯度也得到了改善.     

低碳钢超声喷丸表面纳米化的研究

利用超声喷丸技术在２０低碳钢上制备出具有纳米晶体结构特征的表面层,利用Ｘ射线衍射及电镜分析研究了表面纳粘层的微观组织结构特征。结果表明,经超声喷丸自理可使样品表层晶粒细化至纳米量级,表层晶粒尺寸约为１０ｎｍ,微观应变为０．０２％～０．０４％,表面纳米层厚度约为１０μｍ,另外,样品表层亚稳想Ｆｅ３Ｃ发生分解,形成纳米尺寸的石墨相和α－Ｆｅ相。     

马氏体不锈钢上梯度纳米结构表层的形成及其对电化学腐蚀行为的影响

采用表面机械滚压处理(SMRT)在Z5CND16-4马氏体不锈钢上制备出梯度纳米结构(GNS)表层.利用SEM和TEM研究了GNS表层的组织特点.结果表明:晶粒尺寸随深度的增大由最表层的25 nm逐渐增加到基体的原始尺寸,整个组织细化层的厚度约为150 mm.对比研究了SMRT样品与原始样品在3.5%Na Cl(质量分数)水溶液中的电化学腐蚀行为,发现点蚀击破电位由原始样品的0.179 V提高到0.313 V,自腐蚀电位也有所提高.分析表明,GNS表层中晶粒尺寸纳米化、组织均匀性提高、残余压应力的产生以及表面光洁度的提高有利于其耐点蚀能力的提高.     

AZ91D镁合金表面机械研磨处理后显微结构研究

采用表面机械研磨(SMAT)技术在AZ91D镁合金上制备出纳米晶结构表层,利用X射线衍射(XRD)仪、透射电子显微镜(TEM)及高分辨透射电子显微镜(HRTEM)研究由表层沿厚度方向的组织结构变化特征.结果表明:经过表面机械研磨处理, 样品表层形成了厚度约为40 μm的变形层, 平均晶粒尺寸由约40 nm逐渐增加到约200 nm.     

喷丸处理诱导高锰钢表层纳米化

采用表面喷丸处理的方法在高锰钢上制备出纳米结构表面，利用X射线衍射仪（XRD）、透射电镜（TEM）及高分辨透射电镜（HRTEM）研究由表面沿厚度方向的结构变化特征，并对显微硬度沿厚度方向的变化进行分析。结果表明：经过表面喷丸处理，样品表面形成了厚约300μm的纳米晶层，平均晶粒尺寸由11nm逐渐增加到100nm；高密度的位错反应和重组以及多重孪晶在奥氏体高锰钢表面纳米化过程中起重要作用：与样品的基体相比，表层的显微硬度显著提高。     

表面纳米化工业纯锆的显微组织与残余应力研究

对工业纯锆进行了不同时间的机械研磨处理(SMAT),利用透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)对试样表层平均晶粒尺寸和平均微观畸变进行了分析表征,采用光学显微镜(OM)观察了试样的横截面显微组织,利用X射线应力仪测试了试样距表面不同深度的宏观残余应力。结果表明,SMAT处理可以实现工业纯锆的表面纳米化,并且在试样的最表层形成了厚约10μm的纳米结构。试样表面平均微观畸变随着SMAT处理时间的增加逐渐增大,处理时间为60 min时,平均微观畸变约为0.41%。试样表层的宏观残余应力为压应力,且表层残余压应力由表面到基体先增大而后减小。随着处理时间的增加,试样表面残余压应力σsrs先增大而后减小;最大残余压应力σmrs先增大而后趋于稳定,约为–620 MPa;最大残余压应力距表面的距离Zm和残余压应力场深度Z0均逐渐增大。     

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。