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.     

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...     

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。     

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.     

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。     

纳米复合材料的制备工艺和性能

简述了纳米复合材料的发展历史、分类、制备工艺及其性能研究。纳米复合材料的制备工艺包括高能球磨法、非晶晶化法、烧结法、涂层法和原位复合技术等。其性能包括力学性能、电气特性、热学性能、光学特性和摩擦磨损特性等。     

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。     

表面纳米化对316L不锈钢摩擦磨损性能的影响

采用机械喷丸技术对316L不锈钢实施了表面纳米化处理,研究了纳米化前后试样的摩擦磨损性能。结果表明,316L不锈钢经过表面纳米化后,表面产生的残余压应力最大可达-370 MPa,深度达0.8 mm。表面纳米化使得316L不锈钢表面显微硬度提高了近50%,表面摩擦系数明显降低,摩擦磨损质量损失为对比试样的10%,表明表面纳米化极大改善了316L不锈钢的摩擦磨损性能。     

金属材料直流磁场干摩擦的研究进展

磁场干摩擦主要是研究磁场强度参量对材料干摩擦磨损性能的影响机理和规律。系统综述了金属材料直流磁场干摩擦的研究过程、研究方法和相应研究成果。阐述了不同磁属性(抗磁性、顺磁性和铁磁性)材料的磁场干摩擦特性及其机理,得出材料磁导率与其磁场干摩擦学特性有一定对应关系,材料磁导率越大,磨损率和摩擦系数的减小趋势越明显,并指出了试验研究中遇到的问题,如应关注摩擦副材料选配、磁场施加装置、摩擦接触方式及装卡装置等。为了避开材料化学成分不同造成的干扰,设计了三种制备方案,发现通过热处理工艺改变微观组织相含量或添加铁、钴、镍等铁磁性元素进行化学成分设计等常规的材料制备方法,难以达到目的。最终利用奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti较大的冷加工硬化特性,采用常温下锻造工艺制备了不同磁导率的几种相同成分材料,使磁导率成为关键变量。研究了磁场强度、材料磁导率与其磁场干摩擦特性的交互影响情况和规律,并展望了未来需要开展的研究方向。     

两种不同成形工艺下AZ91D镁合金滑动磨损行为研究

采用UMT-2MT摩擦试验机考察了触变成形和传统金属型铸造AZ91D镁合金滑动磨损行为。其摩擦条件是干摩擦往复式、球面一平面接触、与GCr15钢作对偶；研究了载荷和频率对镁合金摩擦磨损性能的影响。分析了其摩擦系数变化和磨痕形貌，并探讨了其磨损机理。研究结果表明，不论何种工艺方法的平均摩擦系数都在0．22～0．40之间，随着频率的增加二者的平均摩擦系数都减小,触变成形的耐磨性比金属型铸造的好；二者的磨损机制相似，在较低载荷下，镁合金的磨损机制为氧化磨损，随着载荷的增大，磨损机制为磨粒磨损、剥层磨损。     

基于摩擦加工技术的镁合金表面改性研究现状

鉴于当前高性能镁合金的应用需求,亟待提高镁合金的表面硬度、摩擦磨损性以及耐蚀性等表面性能。新型固态加工技术——搅拌摩擦加工以及摩擦堆焊能够实现材料的大塑性变形,在镁合金表面微观组织结构改性、表面复合材料化以及金属焊敷层制备等方面得到了成功的应用。在介绍搅拌摩擦加工以及摩擦堆焊技术特性的基础上,分别从工艺手段、组织演变以及性能改善等方面综述了摩擦加工技术用于镁合金表面改性的研究现状。国内外研究结果显示,搅拌摩擦加工可有效细化镁合金表面晶粒,破碎粗大第二相,导入增强粒子,实现表面复合化,进而显著提高镁合金的硬度、耐磨性以及耐蚀性。摩擦堆焊技术可在镁合金表面成功制备无稀释、结合完整性高、均匀细化的金属焊敷层,有效改善镁合金表面硬度及耐磨性。通过对用于镁合金表面改性的摩擦加工技术研究现状的总结,展望了镁合金搅拌摩擦加工以及摩擦堆焊的发展前景,提出了需要进一步研究的方向。     

医用贵金属材料的研究与发展

由于贵金属材料具有独特的抗腐蚀性、生理上的无毒性、良好的延展性以及生物相容性，它在医学领域的应用日益拓展。作者在本文着重介绍贵金属材料在牙科(包括牙科汞齐合金和铸造合金)、针灸、体内植入的电子器件及医用生物传感器等方面的研究与发展，分析了牙科用贵金属材料的演变过程等。     

Preparation and tribological properties of thin oxide coatings on an Al383/SiO2 metallic matrix composite

A new Al383/SiO₂ metal matrix composites (MMC) was designed to improve the wear properties of the aluminium (Al) alloys with manufacturing cost much lower than the hypereutectic Al-Si alloys. However, like the hypereutectic Al alloys, the MMC was also subject to large plastic deformation of the soft Al matrix under high contact stress during lubricated sliding wear tests. As a result, the reinforced SiO₂ particles detached from the matrix and promoted the third-body wear. In this paper, to improve the wear performance of the MMC under high contact stress but also to avoid the honing process, a new proprietary approach based on a modified Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) process was used to produce oxide coatings on the MMC. The effect of both oxide coating thickness and the volume content of SiO₂ particles on the wear behaviour of the MMC was investigated. It was found that with a proper combination of the volume content of SiO₂ and coating thickness, the coated MMC presented a much higher wear resistance and lower friction coefficient than the uncoated MMC.     

Friction and wear characteristics of hot-extruded leaded aluminum bearing alloys

The friction and wear characteristics of hot-extruded Al-Pb alloys with lead contents in the range 0–25 wt.% and as-cast Al-Pb alloys with lead content of 20 wt.% were investigated under dry-sliding conditions using a pin-on-disc test machine. It was found that hot extrusion greatly decreased the porosity that was caused by powerful stirring and considerably improved the mechanical properties of stircast Al-Pb alloys, including wear behavior. The coefficient of friction and wear rate decreased with increasing lead content, and especially the antiseizure property of hot-extruded Al-Pb alloys containing 20 wt.% and 25 wt.% lead were improved remarkably. Optical observation revealed that the reason for this was the formation of a black compact film of lubricant that covered almost the entire worn surface of specimens at a highly applied load level. This film is a mixture of different constituents containing Al, Fe, Si, O, and Pb.     

超疏水结构对AZ91D镁合金微摩擦磨损性能的影响

目的 研究微/纳米复合超疏水结构的摩擦磨损机制,提高镁合金微摩擦磨损性能。方法 首先采用激光刻蚀获得微米结构,然后表面涂覆SiO2纳米颗粒,获得微/纳米复合结构,最后涂覆低表面能物质获得超疏水表面。用接触角测量仪测量超疏水表面的静态接触角,使用微摩擦磨损实验机分析超疏水表面的摩擦磨损性能,使用扫描电子显微镜观察表面磨痕形貌。结果 当载荷为1 N时,超疏水表面的摩擦系数约为0.04,基体表面约为0.06。随着载荷的增加,超疏水表面的摩擦系数逐渐与基体相近,并逐渐超过基体。随着时间的增加,超疏水表面的摩擦系数呈增加趋势,由0.04逐渐增加到0.08,基体试样没有明显的上升趋势。相同条件下,超疏水表面的磨痕宽度大于基体表面,但磨痕宽度的增大趋势小于基体表面。结论 微/纳米复合结构超疏水表面的摩擦磨损过程不同于光滑基体。超疏水表面的磨损首先发生于微/纳米凸起结构,之后发生于被微/纳米凸起填平的微米凹坑区,然后发生于激光加工热影响区表面,最后发生于镁合金基体。在所受载荷低于1~3 N时,超疏水表面微凸起结构能延缓超疏水表面摩擦磨损的发生,改善耐磨性能。     

锻造和热处理对Al-Si和Al-Pb轴承合金在油润滑条件下耐磨性的影响

研究了锻造态和热处理态不同成分铝基轴承合金在油润滑条件下的摩擦行为，以及材料的硬度、热处理制度和锻造对材料耐磨性的影响。所用材料是 Al-8.5Si-3.5Cu 和 Al-15Pb-3.7Cu-1.5Si-1.1Fe。在锻造过程中，应变范围为10%~20%。并对材料进行T6热处理。在销-盘式磨损试验机上对材料的摩擦性能进行测试。结果表明，锻造过程使材料的硬度得到增加；铸造应变在10%~20%的范围内对材料的摩擦磨损影响不明显。     

AISI 316不锈钢和Ti6Al4V合金在海水环境中的腐蚀与腐蚀磨损行为(英文)

采用立式万能销盘腐蚀磨损试验机研究AISI 316不锈钢和Ti6Al4V合金在海水中与Al2O3陶瓷对磨时的腐蚀与腐蚀磨损行为,重点讨论腐蚀磨损之间的交互作用。结果表明,摩擦作用使得Ti6Al4V合金和316不锈钢的开路电位大幅下降,腐蚀磨损过程中的电流密度远高于静态腐蚀时的电流密度,摩擦明显促进了合金的腐蚀。两种合金在海水中的磨损量远大于在纯水中的磨损量,腐蚀促进了磨损,并且Ti6Al4V合金的耐磨性优于316不锈钢的耐磨性,腐蚀磨损之间的交互作用是材料损失的一个重要因素。本实验所用的摩擦装置为单向滑动的面面接触方式,这使得摩擦对腐蚀的促进作用在总磨损量中所占的比例很小。     

钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的研究进展

针对钛合金在实际应用过程中存在硬度低、耐磨性差、高温易氧化以及生物活性低等问题,国内外学者利用陶瓷材料较高的硬度、优异的耐磨性和高温抗氧化性能的特点,以及激光熔覆技术可以实现涂层与基材的冶金结合,较高的冷却速率使涂层内部晶粒得到细化的优势,开展了钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层的广泛研究。首先简要概括了钛合金表面激光熔覆陶瓷材料的特点,介绍了在激光熔覆过程中常见的陶瓷材料以及所具备的特殊性能。从陶瓷涂层制备方式和陶瓷材料体现的功能两个方面,综述了国内外的研究特点、现状和进展。对比分析了激光制备纯陶瓷涂层、激光制备陶瓷与金属合金复合涂层、激光原位合成陶瓷复合涂层、激光制备陶瓷梯度涂层的优缺点。介绍了在钛合金表面激光熔覆耐磨涂层、高温抗氧化涂层、耐蚀涂层和生物涂层的进展,分析了陶瓷材料在提高相关性能时所发挥的作用。最后针对钛合金表面激光熔覆陶瓷材料存在的问题,对钛合金表面激光熔覆陶瓷涂层未来的发展趋势进行了讨论与展望。