钛合金表面纳米化强化研究进展

钛及钛合金因具有密度小、比强度高、耐腐蚀性能好等优点,在航空航天领域得到了广泛应用.表面纳米化是在材料表面形成一层由纳米级颗粒或晶粒组成的强化层,从而改善金属材料的表面性能,具有普适性好、工艺简单等独特优势.对钛及钛合金进行表面自纳米化处理后,其表层产生了剧烈的塑性变形,在材料中形成了独特的梯度纳米结构层,分别为剧烈变形层、亚微米细晶层、粗晶应变层和基体层,表层组织结构的改变也会导致钛合金表层性能产生变化.首先,对表面涂层或沉积、表面自纳米化以及混合纳米化3种金属表面纳米化方法进行了简要概述,分析了各自优缺点以及目前存在的问题.其次,着重论述了孪晶和位错在钛合金自纳米化过程中所起的关键作用,探讨了α、α+β、β3种类型钛合金纳米化机理存在的差异,对钛合金表面纳米化机理的研究现状进行了归纳总结,在此基础上,重点介绍了表面纳米化处理对钛合金表层性能的影响,主要包括近年来关于硬度与残余应力、疲劳、腐蚀、磨损、扩散性能的影响及研究现状,并对其强化机制进行了分析.最后,归纳总结了现有钛合金表面纳米化研究存在的不足,对今后的研究工作进行了展望,并提出应将表面纳米化技术与数字化仿真技术、渗氮等工艺结合,发展数字化、复合强化技术,以期为表面纳米化技术在钛合金领域的发展研究提供有价值的参考.     

浅析表面自身纳米化及其应用进展

简要介绍了表面自身纳米化技术的特点,表面自身纳米化材料的制备原理,综述了表面自身纳米化对材料的力学、腐蚀、疲劳等性能的影响.     

金属材料表面纳米化研究与进展

大多数金属材料的失效都是从其表面开始的,进而影响整个材料的整体性能。研究表明,在金属材料表面制备纳米晶,实现表面纳米化,可以提升材料的表面性能,延长其使用寿命。金属材料表面纳米化是指利用反复剧烈塑性变形让表层粗晶粒逐步得到细化,材料中形成晶粒沿厚度方向呈梯度变化的纳米结构层,分别为表面无织构纳米晶层、亚微米细晶层、粗晶变形层和基体层,这种独特的梯度纳米结构对金属材料表面性能的大幅度提升效果显著。根据国内外表面纳米化的研究成果,首先对表面涂层或沉积、表面自纳米化以及混合纳米化3种金属表面纳米化方法进行了简要概述,阐述了各自优缺点,总结了表面自纳米化技术的优势,在此基础上重点分析了位错和孪晶在金属材料表面自纳米化过程中所起的关键作用,提出了金属材料表面自纳米化机制与材料结构、层错能大小有着密不可分的联系,对金属材料表面自纳米化机制的研究现状进行了归纳;阐明了表面纳米化技术在金属材料性能提升上的巨大优势,主要包括对硬度、强度、腐蚀、耐磨、疲劳等性能的改善。最后总结了现有表面强化工艺需要克服的关键技术,对未来的研究工作进行了展望,并提出将表面纳米化技术与电镀、气相沉积、粘涂、喷涂、化学热处理等...     

表层纳米化对钛合金电化学腐蚀影响的研究进展

表层纳米化处理可以改变材料表层的组织结构,提高材料的表面性能,而钛合金综合性能优异,有着广泛的应用,可以通过表层纳米化技术在钛合金表层制备出一定厚度的纳米层,进一步提升钛合金的耐腐蚀性能。本文介绍了表层纳米化技术和钛合金表层纳米化的作用机理,并综述了目前国内外表层纳米化对钛合金电化学腐蚀影响的研究进展,重点阐述了表层纳米化后钛合金的表面状态、成分、残余应力和微观结构对耐蚀性的影响,探索了钛合金表层纳米化今后的研究方向。     

表面纳米化技术制备梯度纳米结构金属材料的研究进展

多数工程结构材料的失效都是从表面的薄弱环节开始发生或者传导,从而引起材料的性能下降,使用寿命缩短.受生物材料的梯度结构启发,近年来开发了多种表面纳米化技术,成功在工程材料表面制备了晶粒尺寸从表层纳米尺度连续变化到内部宏观尺度的梯度纳米结构,强化和保护了材料表面,有效地解决了上述问题.结合国内外表面纳米化的研究结果,综述了金属材料梯度纳米材料的研究进展.首先,介绍了梯度塑性变形、物理化学沉积等表面纳米化加工技术的最新进展.其次,对梯度等轴纳米晶、梯度纳米层片和梯度纳米孪晶等多种表面纳米化材料的微观结构进行了归纳,并对最新发展的梯度纳米结构材料表层晶粒的晶体学取向等微观信息表征方法进行了系统地阐述.随后,总结了梯度纳米结构对工程材料的表面强度、塑性、强-塑匹配、加工硬化、疲劳、耐磨、腐蚀和热稳定性等性能的影响.最后展望了表面纳米化技术制备梯度纳米结构金属材料的发展趋势及工程应用所面临的挑战.     

金属表面自纳米化及其复合改性技术研究进展

结合国内外表面自纳米化的研究成果,综述了表面纳米晶层产生的机理及表面自纳米化对材料表面硬度、摩擦磨损性能、抗疲劳性能以及耐腐蚀性能等的影响,总结了表面纳米晶层的优势,并针对表面纳米晶层性能及单一表面处理技术的不足,详细介绍了金属表面自纳米化与等离子体扩渗、微弧氧化及化学镀等常规表面处理相结合的复合改性技术研究进展,阐明了复合处理技术在材料性能提升上的巨大优势。最后,指出了复合处理技术面临的挑战,并从加强作用机理的研究、复合处理工艺系统性研究以及推进工业化应用等方向着手,提出应充分发挥金属材料表面自纳米化这一普适性的表面处理手段与其他表面改性技术复合的优势。希望为实现金属材料结构功能一体化,促进高性能新型材料和高性能复相表层的研究开发,加快复合改性技术工业化应用的进程提供借鉴与支撑。     

表面纳米化对材料性能影响的研究进展与展望

工程零部件失效常源于表面,微组织结构显著影响甚至决定工程零部件使役性能,表面纳米化技术可诱导材料微组织结构变化产生纳米晶结构表面层,增大表层残余压应力,对材料性能有极其重要的影响。首先综述了表面纳米化诱导微组织结构变化的过程及机理,诱导材料产生晶粒细化、位错运动、残余压应力增大、相变等微观变化,诱因有塑性变形、温度变化、元素渗入等。其次归纳了表面纳米化对材料性能的影响及其机理,上述微观变化对材料疲劳强度、耐腐蚀性、摩擦磨损性能、生物学性能等产生显著影响。总结了各个典型表面纳米化工艺的特点,相比于其他表面纳米化技术,超声振动辅助加工具有不需引入其他元素、不污染环境、原理简单、高速高质量、成本低廉、可依托于各种传统加工工艺等优势,对材料摩擦磨损性能、疲劳性能、生物学性能、表面浸润性和耐腐蚀性等具有积极作用。最后对表面纳米化工艺的未来发展做了展望,其中针对性分析了超声振动辅助加工。针对纳米晶结构表面层的数字化仿真模拟极其匮乏这一现状,将模拟仿真与试验相结合,分析微组织结构与加工参数、微组织结构与材料性能的映射关系并建立模型直观反映尚需更全面系统的研究。材料的某些性能可能不会同时达到最优值,依...     

超音速微粒轰击表面纳米化及其对耐磨性的影响

采用超音速微粒轰击技术对20钢进行表面纳米化处理。研究了表面纳米化工艺对材料流失与形貌变化的影响，并采用往复磨损试验机研究了纳米化表面的磨损性能。结果表明：超音速微粒轰击在表面形成纳米层过程中使材料发生流失和表面粗糙度增大。在干摩擦和油润滑条件下，微粒轰击样品的磨损率分别是未轰击样品的2．77和1．83倍，轰击抛光样品的磨损率则比未轰击样品分别降低了26％和42％。对其影响耐磨性的原因作了初步讨论。     

钢铁材料表面自纳米化技术研究及应用展望

介绍了钢铁材料表面自纳米化的研究现状、纳米晶化机制和表面自身纳米化技术的应用前景,表明表面自身纳米化能显著提高钢铁材料的表面强度,硬度、耐磨和耐疲劳性能,在化学热处理和电化学防护方面也展示了广阔的应用前景.     

金属材料表面纳米化研究现状

金属材料的表面纳米化处理是近几年表面强化方法研究的热点之一。这种技术将纳米晶体材料的优异性能与传统工程金属材料相结合,在工业应用上具有广阔的应用前景。通过对表面纳米化的基本原理、制备方法、结构特征和功能特性的综述,提出要实现这种新技术的工业应用需要解决的问题,如影响因素,表面纳米化形成动力学等。     

金属材料表面自纳米化及其研究现状

综述了材料表面自纳米化的国内外研究现状,包括表层自纳米化的一些常用研究方法及机理,表层纳米化层的组织结构及其对材料力学性能的影响,表面自纳米化技术的应用前景.     

退火对表面机械研磨处理纳米化316L不锈钢性能的影响

通过对未表面纳米化、表面机械研磨处理(SMAT)法表面纳米化和表面纳米化后退火处理的316L不锈钢性能变化的研究,试图获得一种可以提高该材料表面硬度和抗点蚀性能的方法。采用点蚀实验和硬度实验方法,并在3.5%NaCl水溶液中测量了不同样品的极化曲线。结果表明,316L不锈钢表面纳米化后抗点蚀性能下降;表面纳米化后经退火处理的316L不锈钢随退火温度升高和退火时间延长抗点蚀性能会重新恢复。316L不锈钢经SMAT法表面纳米化加适当退火,可以获得较高硬度和较高抗点蚀性能的表面层。     

超声冲击纳米化的研究现状与进展

首先介绍了超声冲击金属表面致纳米化的原理、强塑性变形诱导形成纳米晶的机理及纳米晶尺寸和晶粒取向的分析手段,然后结合表面静压力、振幅、单位面积冲击次数等参数变化,总结了超声冲击对金属硬度、粗糙度、残余应力及疲劳性能的影响。超声冲击后,材料表面硬度会大幅提升,表面形貌规则且平整度得到改善。超声冲击诱导产生的纳米晶和残余压应力对提高材料疲劳强度有积极作用。统计认为,超声冲击表面强化对弯曲疲劳试件疲劳性能的提升更大,且试件107周次以上的疲劳极限在(0.50~0.65)σb内。对于处理后产生相变的材料,硬度和强度更高的相甚至能将表层硬度和疲劳极限提高到2倍。最后,综合阐述了超声冲击表面强化与等离子氮化、TiN生物覆膜、常规喷丸及激光喷丸等复合处理方式对材料性能的影响,并提出了基于超声冲击纳米化进行混合表面处理需注意的事项：工艺参数和处理顺序要恰当;考虑环境腐蚀时,要对纳米表面进行二次保护,从而提高材料的综合性能;纯机械方式复合处理要根据技术特点来筛选。     

Self-Nanocrystallization of Ti-6Al-4V Alloy Surface Induced by Laser Shock Processing

应用激光冲击强化技术（也叫激光喷丸）对TC4钛合金表面进行处理。由于其作用过程产生的高幅值压力（GPa量级）、短脉冲（ns量级）、高应变率(>106s-1)使材料表面实现纳米级晶粒细化成为可能,进而进一步提高材料表面性能。同时,应用该技术在TC4钛合金表面实现纳米级晶粒细化较少有系统的研究与报道。采用Q触发钕玻璃激光器,在一定条件、一定参数下,实现了TC4钛合金的表面纳米化,并对其形成机理进行阐述与分析。在实现材料自纳米化的同时,没有引入其它杂质粒子,保持了原母材的成分稳定性,且表面微动耐磨损性能得到了提高。开展该技术的深入研究,也可为材料表面纳米化提供另一种可行的途径与方法     

激光冲击强化TC4钛合金表面自纳米化研究（英文）

应用激光冲击强化技术(也叫激光喷丸)对TC4钛合金表面进行处理。由于其作用过程产生的高幅值压力(GPa量级)、短脉冲(ns量级)、高应变率(>106s-1)使材料表面实现纳米级晶粒细化成为可能,进而进一步提高材料表面性能。同时,应用该技术在TC4钛合金表面实现纳米级晶粒细化较少有系统的研究与报道。采用Q触发钕玻璃激光器,在一定条件、一定参数下,实现了TC4钛合金的表面纳米化,并对其形成机理进行阐述与分析。在实现材料自纳米化的同时,没有引入其它杂质粒子,保持了原母材的成分稳定性,且表面微动耐磨损性能得到了提高。开展该技术的深入研究,也可为材料表面纳米化提供另一种可行的途径与方法。     

40 Cr 钢表面高能喷丸纳米化及其耐磨性能

为了研究40Cr钢表面纳米化对其耐磨性能的影响,对40Cr钢表面进行高能喷丸处理,获得纳米结构表层,分析了材料表面高能喷丸前后的微观组织变化,测定了纳米化材料表层的残余应力及显微硬度,研究了纳米化表层的磨损性能。结果表明:高能喷丸使40Cr钢表层发生了严重塑性变形,显微硬度较基体提高了68%,并使材料表面分布了较高幅值残余压应力,最大可达-736 MPa,残余压应力层深度达0.9 mm;高能喷丸表面纳米化能在一定程度上降低40Cr钢表面的摩擦系数,且大大减小其磨损失重,显著改善了40Cr钢的耐磨性能。     

2A14铝合金表面纳米化对第二相颗粒的影响

为提高铝合金材料力学性能,采用超音速微粒轰击(SFPB)技术对2A14铝合金进行表面纳米化处理,利用XRD、SEM和TEM等研究2A14铝合金表层第二相颗粒的弥散分布和形貌变化机理。结果表明:材料表面经强烈塑性变形形成约30μm厚的纳米层和约120μm厚的过渡层,表面纳米层晶粒尺寸为50~100 nm,表面显微硬度提高了1倍多,纳米层和过渡层中第二相颗粒得到细化,总体弥散分布比基体更加均匀,距表面距离越近,细化效果和总体弥散分布越好;在过渡层里部分第二相颗粒被亚晶界切分,在纳米层中第二相颗粒均被纳米晶包裹,第二相颗粒的边界与纳米晶晶界部分重合。第二相颗粒被纳米晶包裹影响纳米层晶界迁移机制,对材料表面性能的改善有积极意义。     

钢材表面纳米化技术的研究进展

综述了高能喷丸、超声表面强化、超音速微粒轰击和激光冲击改性等表面纳米化技术的研究现状。表面纳米化在提高硬度、耐磨性、耐蚀性、疲劳性和扩散性能等方面具有积极作用。最后提出钢材表面纳米化技术发展中需注意的问题。     

Cu-30Ni合金机械冲击表面纳米化组织和性能(英文)

采用大应力塑性变形(机械冲击)技术对Cu-30Ni合金表面进行纳米化处理。利用原子力显微镜技术、纳米压痕试样、显微硬度测量、电化学分析和电子功函数等手段分别测试原始样品、大应力塑性变形纳米化处理样品的晶粒尺寸、力学性能、腐蚀性能。结果表明,与原始样品相比,大应力塑性变形纳米化处理样品的表面晶粒尺寸达到40nm;力学性能显著改善。电化学测试表明,表面纳米化提高了合金的耐腐蚀性能,耐腐蚀性能变化与电子功函数变化一致。机械冲击工艺技术能够使Cu-30Ni合金表面纳米化,从而提高了表面力学性能和耐腐蚀性能。     

表面纳米化对304不锈钢/CrN薄膜力学性能的影响

表面纳米化可以显著改善金属材料的表面力学性能,并促进氮、铬等原子的热扩散,文中尝试采用表面纳米化技术改善金属基体/硬质薄膜的力学性能.对304不锈钢采用表面机械研磨处理获得纳米晶粒表层,采用多弧离子镀镀方法在表面纳米化和粗晶粒的304不锈钢基体上沉积CrN薄膜.对两种膜基体系采用X射线衍射、显微硬度测试、压入法和划痕法膜基结合性能评价.结果表明,表面纳米化影响了CrN膜层的组织结构,明显提高了膜基体系的硬度和承载能力,还改善了膜层的韧性,膜基结合性能也得到提高.