自纳米化结构金属材料摩擦磨损研究现状

从自纳米化结构金属材料的形成机理及制备方法入手,阐述了表面自纳米化技术的优势,包括工艺简单、无增材处理、纳米结构层呈梯度变化且与基体无明显界限、适用性强等。在此基础上,重点综述了国内外学者对于自纳米化结构金属材料摩擦磨损的研究现状,包括钢铁合金、镁合金、铝合金、钛合金以及其他金属。同时分析出自纳米化结构金属材料摩擦磨损研究存在的问题,包括制备工艺参数的合理选择、高温钛合金表面自纳米化摩擦磨损性能的研究、腐蚀磨损特性的研究等。针对进一步拓展自纳米化结构金属材料的工业应用,提出了该领域未来可行的研究方向,以期为自纳米化结构材料研究提供有价值的参考。     

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...     

专利专栏

专利名称:一种金属材料表面纳米化方法专利申请号:02109696.1公开号:1458288申请人:中国科学院金属研究所本发明金属材料表面纳米化领域,具体地说是固液双相射流冲击金属材料表面纳米化方法。本发明利用高压液体发生设备产生的高压液体通过喷嘴产生固液双相射流,携带硬质颗粒(球形)以100～1000m/s速度连续轰击金属材料表面使之纳米化,喷射距离10～1000mm、液体压力10～30MPa、液体流量11～22l/min,硬质颗粒粒径50纳米～5mm。本发明适用泛围广,可以对形状复杂或大平面的工件进行表面纳米化处理,且纳米层分布均匀,另外本发明装置简单、成本低…     

金属材料表面纳米化的研究现状

概述金属材料表面纳米化研究的现状,包括表面纳米化的基本原理、制备方法、结构特征和功能特性,并对表面纳米化研究的发展进行展望。     

金属表面形变纳米化对渗氮行为影响研究进展

表面形变纳米化技术通过外力作用使金属表面发生强烈塑性变形,形成梯度纳米-亚微米结构改性层,此独特的组织结构既能促进氮化过程,又益于形成优异的渗氮层,使金属材料整体综合性能和服役寿命显著提升,在诸多工业领域展示出良好的应用前景。表面形变纳米化因在促进渗氮中的学术和工业应用价值,已得到国内外学者广泛的关注。本文较全面地总结了表面形变纳米化对氮化促进行为方面的研究进展,并指出了存在的问题及未来发展趋势。     

金属材料表面自纳米化研究进展

介绍了表面自纳米化技术,综述了国内外金属材料表面自纳米化的研究现状.金属材料的表面自纳米化处理可以改善其综合机械性能,并能不同程度地影响其耐蚀性、耐磨性以及稳定性.最后提出了表面自纳米化技术研究需要解决的问题.     

金属材料表面纳米化方法

该发明公开一种金属材料表面纳米化方法，在电镀装置的电镀液中，将金属材料体作为两个电极中的某一个电极，加载交流电源，对金属材料体表面进行交流电处理．形成具有纳米结构特征的表层。该发明在电镀液中通过交流电作用使金属材料体表面原子不断的剥离与重组，使其表面晶粒细化彤成具有纳米结构的表层。与现有超声速微粒轰击金属材料表面纳米化方法相比，设备简单，成本低。     

金属材料表面纳米化研究现状

从制备技术、表面纳米化机理、纳米晶组织和使役性能等方面,综述了金属材料表面纳米化的研究现状。     

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.     

Surface nanocrystallization of 7A52 aluminum alloy welded joint

As a means of surface modification process, metal surface nanocrystallization (MSN) has attracted widespread attention and enjoyed a great prospect. However, currently little research is carried out regarding MSN of welded joint. The processes of high energy shot peening (HESP) technology and ultrasonic impact treatment (UIT) were carried out to achieve joint surface nanocrystallization.The grain size of before and after the welded joint surface nanocrystallization were comparatively analyzed with X-ray diffractometer, the surface deformation layer thickness of before and after the welded joint surface nanocrystallization were comparatively analyzed with optical microscopy, the surface hardness of before and after the welded joint surface nanocrystallization were comparatively analyzed with micro hardness machine. The results show that both of the processes can achieve welded joint surface nanocrystallization and the weld after HESP have smaller grain size, larger deformation layer thickness and higher hardness values than those after UIT. However, HESP is restrained by the shapes and sizes of welding materials, so the UIT process is preferred to use in the general engineering practical applications.     

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。     

Low-temperature nitriding of 38CrMoAl steel with a nanostructured surface layer induced by surface mechanical attrition treatment

A nanocrystalline surface layer was fabricated on a 38CrMoAl steel plate by means of a surface mechanical attrition treatment (SMAT). The average grain size in the top surface layer (10 μm thick) is about 10 nm, and the grain size stability can be maintained up to 450 °C. The effect of the surface nanocrystalline layer on the gas nitriding process at a lower temperature was investigated by using structural analysis and wear property measurements. The surface nanocrystallization evidently enhances nitriding kinetics and promotes the formation of an ultrafine polycrystalline compound layer. The results of the investigation showed that this new gas nitriding technique can effectively increase the hardness and wear resistance of the resulting surface layer in comparison with conventional nitriding, demonstrating a significant advancement for materials processing.     

金属玻璃纳米晶化机制研究进展

金属玻璃是一类具有结构和功能应用前景的新型金属材料,是目前物理和材料学科最为活跃的研究领域之一。由于处于热力学亚稳态,金属玻璃在合适的外界条件下会自发地向相应的晶态相发生转变,导致晶化事件的发生。研究金属玻璃的纳米晶化不仅有重要的科学意义,同时也可对金属玻璃的应用提供理论指导。简要介绍了目前几种代表性的金属玻璃纳米晶化微观机制：经典形核理论、基于耦合通量模型的形核机制、基于相分离的纳米晶形核长大机制、有序原子集团沉积机制、非经典形核理论、大过冷度条件下纳米晶化的微观机制等,同时结合作者课题组近年来在这方面的研究进展,对各种机制进行了评述,最后对未来金属玻璃纳米晶化机制研究中需要重视的几个问题进行了简单展望。     

强烈塑性变形表面纳米化的研究现状

强烈塑性变形表面纳米化(SPD-SNC)技术是近几年才开始备受人们广泛关注的新技术,它不仅为研究形变诱发的纳米化过程和宽尺寸范围内(从微米到纳米量级)结构与性能的关系提供思路,制备理想样品;而且将纳米材料的优异性能应用于改造传统工程材料,显著地提高金属材料的性能,可望在工业上获得实际应用.从SPD-SNC的方法、机理、组织结构和性能等方面总结了该技术近年来取得的进展和存在的问题,指出了今后的研究发展方向.     

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...     

表面纳米化对AZ91D镁合金渗铝行为的影响

镁合金表面渗铝是提高耐蚀性的一种有效方法。本研究将表面纳米化作为渗铝的预处理过程。采用高能喷丸对AZ91D镁合金进行表面纳米化处理,然后进行真空铝扩散得到渗铝层。用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)观察了渗铝层的形貌。结果表明,在对AZ91D镁合金表面高能喷丸后获得了100 nm的晶粒尺寸。在高能喷丸之后,渗铝层的深度比未高能喷丸的渗铝层厚。在440℃下扩散12 h后,渗铝层的深度增加到70μm。采用电化学方法对AZ91D镁合金的耐腐蚀性能进行了表征。结果表明,渗铝层明显降低了AZ91D镁合金的腐蚀速率。因此,高能喷丸强化有利于镁合金表面渗铝,提高镁合金的耐蚀性。