表面纳米化316L不锈钢在酸性介质中腐蚀性能的研究

采用表面机械研磨处理(SMAT)在316L不锈钢上制备出纳米结构表层,研究表层纳米化组织的腐蚀性能. 结果表明:经过60 min SMAT后,样品表面形成了一定厚度的纳米表层.显微组织. 由晶粒尺寸为10～30 nm的双相组织(马氏体和奥氏体)组成. 表层腐蚀性能在c(H2SO4)=0.05 mol/L和c(Na2SO4)=0.25 mol/L构成的腐蚀介质中下降.     

表面机械研磨工业纯钛表面纳米化研究

表面机械研磨处理可以使工业纯钛形成纳米表面层, 通过扫描电镜、透射电镜和高分辨电镜观察SMAT处理后的工业纯钛表层组织, 并研究了工业纯钛表面纳米化机制. 工业纯钛表面纳米化机制为: 孪晶的形成和孪晶的交割使得原始晶粒尺寸减小, 同时使晶格取向发生改变, 有利于位错滑移; 孪晶通过自身交割, 以及位错密度增加及其相互作用, 形成了细小的孪晶与胞状组织; 胞状组织转变为多边形亚晶; 亚晶不断吸收位错形成大角度晶界, 亚晶以及取向不同的细小孪晶逐渐转变为随机取向的纳米晶.     

工业纯钛在硫酸中的腐蚀行为及其机理研究

研究了工业纯钛在硫酸溶液中的腐蚀行为及表面形貌演变,利用扫描电镜、粗糙度仪、能谱分析仪和X射线衍射分析仪对蚀刻前后的表面形貌、粗糙度、成分及物相组成进行分析,利用电子背散射衍射仪及透射电镜对纯钛基体的织构和显微组织进行表征。结果表明,工业纯钛的表面酸蚀处理可看作微电池腐蚀过程,具体分为3个阶段：钛氧化膜去除、钛基体溶解以及钛表层形成氢化钛吸气层。钛晶粒的取向差异导致蚀刻后钛表面形成具有取向性的多孔形貌,钛基体内析出的纳米粒子使蚀刻后的钛表面形成丰富的多孔结构。     

表面机械研磨工业纯锆的疲劳性能研究

采用表面机械研磨工艺对工业纯锆进行处理,利用四点弯曲疲劳试验对试样的疲劳性能进行研究,并利用透射电子显微镜(TEM)和光学显微镜(OM)对试样的微观组织进行观察,利用纳米压痕仪测试处理试样从表层到基体的硬度分布,采用X射线衍射(XRD)方法分析表层晶粒尺寸、微观畸变以及残余应力分布特征。结果表明:经表面机械研磨处理工业纯锆的疲劳极限为195 MPa,而原始试样的疲劳极限为159MPa,表面机械研磨处理使工业纯锆的疲劳极限提高了23%,疲劳性能的改善可归因于表面机械研磨引入的纳米化表层、加工硬化以及残余压应力。本文进一步研究发现,应力幅大于270 MPa,表面机械研磨处理试样的疲劳寿命低于原始试样;应力幅低于270 MPa,表面机械研磨处理试样的疲劳性能比原始试样优异。     

晶粒尺寸梯度分布对316L不锈钢耐腐蚀性能的影响

采用表面机械碾压处理,在316L不锈钢表面制备出纳米晶-粗晶梯度过渡结构,对纳米晶、梯度区和粗晶区样品分别进行化学浸泡实验和电化学腐蚀实验,测试其腐蚀速率、腐蚀电位和点蚀电位等腐蚀性能参数,并对不同状态样品上钝化膜的形态、元素组成、织构及残余应力进行分析,研究晶粒尺寸梯度分布对316L不锈钢耐腐蚀性能的影响。结果表明,纳米晶和粗晶样品浸泡20 h出现稳定腐蚀坑,而梯度区样品浸泡50 h依然保持表面完整。腐蚀电位从纳米晶的-230 mV提高到梯度区的-4 mV,同时腐蚀电流从纳米晶的0.137 A/cm~2下降到0.036 A/cm~2。晶粒尺寸梯度分布不改变钝化膜形成动力学,梯度区表面钝化膜优异的耐蚀性能与其形成厚度较大、较完整致密且残余应力较小的钝化膜有关。     

低碳钢的表面纳米化组织及其性能

对低碳钢进行表面机械研磨处理(SMAT),研究组织变化及其对性能的影响.结果表明:经过SMAT后,低碳钢上形成了厚度约为40 μm的纳米组织表层,在深度为40～80 μm处获得亚微晶组织;表面纳米化不仅提高了低碳钢表面的硬度和耐磨性,而且在不明显降低韧性的前提下提高了板材的整体强度;在纳米到微米量级的范围内,晶粒尺寸与硬度之间满足Hall-Petch关系.     

高能球磨法对TiAl基合金表面的纳米化改性

采用常规高能球磨机对TiAl基合金进行表面纳米化改性。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射分析仪(XRD)对试样表层的微观结构和相组成进行观察分析,研究表面纳米化过程中表层晶粒细化的机制;并采用纳米压痕仪测定试样表层的显微硬度,研究表面纳米化改性对合金表面性能产生的影响。结果表明:高能球磨技术能够实现TiAl基合金表面的纳米化改性。改性后试样表层晶粒尺寸约为10 nm。晶粒主要通过孪晶交割和位错缠结重组进行细化;表面显微硬度提高至920 HV,约为未处理试样的2.8倍。     

表面机械研磨处理工业纯锆的组织和拉伸性能研究

对退火态工业纯锆试样分别进行了5,15,30和45 min的表面机械研磨处理,利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了试样的微观组织,对其表层晶粒尺寸进行了X射线衍射分析、采用维氏显微硬度仪测量了沿层厚方向的硬度,并进行了室温拉伸性能测试。实验表明,经过表面机械研磨处理,在强烈塑性变形作用下试样表层晶粒尺寸能够细化到纳米尺度,而且随处理时间增加而进一步降低,经过45 min处理后试样表层晶粒尺寸可以达到25 nm左右;处理后在试样的次表层形成了一定深度的变形层,具有较高的孪晶密度,并且变形层厚度随处理时间延长而提高。试样表层形成的纳米结构使其显微硬度获得了显著提高,并随处理时间增加而进一步提高;沿层厚方向试样显微硬度逐渐降低,与微观组织的变化一致。拉伸试验表明,表面机械研磨能够使试样得到强化。随处理时间的增加,试样屈服强度和抗拉强度能够得到明显改善,而试样的延伸率则随处理时间的增加而降低。对经过45 min处理的试样,其屈服强度和抗拉强度分别为324和414 MPa,相对于原始试样分别提高了11.7%和8.7%,延伸率为23%,降低了30.9%,拉伸断口主要形貌特征为韧窝,处理层和中心层呈现不同的组织特征。     

超音速微粒轰击纳米化拉矫辊表面形貌与力学性能研究

采用超音速微粒轰击方法（USPP）对宝钢某机组拉矫辊进行了表面纳米化处理,利用扫描电镜（SEM）、粗糙度仪和显微硬度计对其表面形貌和力学性能进行了表征分析,结果表明,轰击后拉矫辊表面随机分布大量的冲击坑,表面粗糙度可在1.5-2.5之间调整;拉矫辊表层晶粒尺寸明显细化。纳米化处理后拉矫辊表层硬度可达到HV 920。工作气体温度和压力是影响酸洗拉矫辊表面粗糙度和显微硬度的主要因素。     

冷轧IF钢表面纳米化后的组织与性能

利用机械研磨处理（SMAT）在冷轧IF钢表面制备出具有纳米晶体结构特征的表面层．利用金相观察和透射电镜分析研究了表面纳米层的结构特征,测定了硬度沿厚度的变化,并分析了表面纳米化（SNC）对力学性能的影响．结果表明：（1）表面机械研磨处理后,冷轧（CR）IF钢表面形成了平均晶粒尺寸为7～9nm、晶粒取向呈随机分布的纳米晶组织;（2）表面层附近的硬度显著提高;（3）纳米表层的存在使得材料强化的同时成形极限也得到提高．     

超声冲-滚工业纯钛焊接接头表面性能研究

设计了一种新型的超声处理方法—超声冲-滚(UIR),以改善普通针式超声冲击(UIT)操作可控性差造成的金属材料表面粗糙度过高、表面应力分布不均匀等问题。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对比测试了普通针式UIT和UIR处理工业纯钛焊接接头表层的残余应力、特征峰强度和表面粗糙度,实验结果表明:UIR处理各条件下工业纯钛焊接接头区域残余压应力均匀程度较高; UIT处理后纯钛表层组织细化至纳米级,最小晶粒尺寸为2 A-9 min处理条件下的69.7 nm; UIT 2 A-6 min处理工业纯钛焊接接头表面粗糙度为4.6μm,仅为UIT同等处理参数下的51%。与普通针式UIT相比, UIR处理能够使工业纯钛焊接接头处的残余压应力更加均匀、表面粗糙度更低, 2 A-6 min为UIR处理改善工业纯钛焊接接头表面性能的最优工艺参数。     

碳化硅复合镍磷合金涂层的组织结构、显微硬度及腐蚀性能研究

镍基复合涂层是一项有望替代电镀铬涂层的先进绿色环保表面处理技术。 本文在铝合金表面制备了纯 Ni、 NiP及其与SiC复合涂层, 利用SEM、 EDS和XRD研究了Ni、 NiP及其复合涂层的微观形貌、 成分与组织结构, 利用显微硬度计与电化学工作站研究了其硬度与耐腐蚀性能。 研究结果表明： SiC 复合电镀纯镍涂层的表面较为 粗糙, SiC 复合电镀镍磷合金涂层中晶粒轮廓明显; 电沉积镍磷合金涂层的相结构包括晶体 Ni2P、 Ni12P5 和非晶 NiP。 铝合金基体表面 Ni-P 合金涂层的显微硬度显著高于纯 Ni 涂层, 引入 SiC 纳米颗粒形成复合涂层可提高其 显微硬度; SiC 颗粒有助于提高复合涂层在氯化钠溶液中的腐蚀电位, 降低腐蚀电流密度, 提高其耐蚀性能。     

高能喷丸对工业纯钛钎焊的影响

通过高能喷丸方法在工业纯钛表面制备了纳米表层,选择B-Ag40CuZnCdNi钎料对纳米化前后的纯钛进行了不同工艺的钎焊,借助微观组织分析和抗剪强度测定研究了表面自身纳米化对工业纯钛钎焊过程的影响。结果表明:用B-Ag40CuZnCdNi钎料钎焊工业纯钛时,表面自身纳米化预处理提高了母材表面的活性,促进了纯钛母材向液态钎料中的溶解,低温短时焊接时对接头性能提高有利,接头强度比未预处理时提高了13.8%。焊接温度超过650℃后,母材纳米表层的高活性使界面区的金属间化合物层增厚,接头性能反而下降;由于在焊接温度下元素的固态扩散不易进行,纳米化前处理对液态钎料中的元素向母材扩散的影响不明显;母材纳米化前处理后,钎焊时通过降低焊接温度和缩短保温时间,既可发挥纳米表层有益特性,同时避免不利影响。     

3％无取向硅钢薄板的表面纳米化结构与性能

为了探索金属薄板表面纳米化制备方法,本工作选取3％无取向硅钢热轧板进行表面机械研磨处理(SMAT)和异步轧制(CSR),研究深度方向结构和硬度的变化.结果表明:SMAT过程中,3％无取向硅钢通过位错的演变,在表面形成了等轴状、尺寸约为10 nm的、取向呈随机分布的纳米晶,纳米晶层厚度约为20 μm; SMAT样品经过C...     

Ti-6Al-4V钛合金表面纳米化机制研究

借助X射线衍射仪、透射电镜及显微硬度仪等先进仪器,研究了经超音速微粒轰击( SFPB)形变热处理Ti-6Al-4V合金表面自身纳米化晶粒尺寸演化及纳米化机制.研究结果表明:超音速微粒轰击使Ti-6Al-4V合金表面获得了纳米组织,并发生显著的加工硬化,表面显微硬度比基体硬度提高了1倍多;随着SFPB处理时间的延长,纳米结构层厚度不断增加,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20 nm具有随机取向的纳米等轴晶.Ti-6Al-4V合金表面自身纳米化是由于位错运动、孪晶的形成及交割共同作用的结果;在多方向载荷的重复作用下,在塑性变形区产生了大量的由位错线和高密度位错缠结分割的位错胞,并在位错寨集处产生应力集中,进而形成孪晶;孪晶自身相互交割和位错的滑移相互协调,形成了细小的孪晶和胞状组织;晶胞组织转变为细小多边形亚晶;当孪晶尺寸细化到亚纳米级时,位错的滑移起主导作用,最终通过位锗的湮灭和重组形成了具有随机取向的等轴状纳米晶粒.     

纯WC材料与WC-10Co硬质合金腐蚀行为对比研究

本文以WC-10Co硬质合金作为对比研究对象,采用动电位极化、恒电位极化和阳极电位下的交流阻抗等电化学方法,研究纯WC材料在1 mol/L NaOH溶液中的阳极极化行为。采用扫描电镜和X射线光电子能谱分析(XPS)方法对不同电位极化后的样品表面进行表征,采用交流阻抗技术研究纯WC材料在阳极电位下的界面极化行为。结果表明：由于纯WC材料中无Co相存在,较WC-10Co硬质合金更耐腐蚀。在低电位极化后,纯WC材料样品表面显现明显微孔,WC-10Co硬质合金样品表面Co相被腐蚀而在WC晶粒间留下明显的沟槽。在高电位下,两种材料腐蚀形貌均为较复杂的三维结构。XPS分析结果表明,两种材料在不同电位极化下WC晶粒表面均被氧化并生成WO₂和WO₃,纯WC材料中WC/WC晶界和微孔因表面能高,在阳极电位下优先受到氧化进而溶解于碱液中。WC-10Co硬质合金中Co氧化形成沉淀层,阻止离子扩散,导致动电位极化曲线中伪钝化区的形成。     

高能喷丸表面纳米化技术在纯钛中的应用效果

介绍了高能喷丸表面纳米化技术的设备及机理,并阐述了其对纯钛表层晶粒分布、力学性能及生物活性的影响.     

6063铝合金钛/锆钝化与铬钝化性能对比研究

铝合金钛钝化处理是一种增强基体稳定性、耐蚀性的重要手段,钛/锆钝化为铝合金钝化的一种方式,是近年来逐步兴起的环保型技术。研究发现6063铝合金钛/锆钝化膜微观结构均匀、致密,表面布满规则微裂纹。钛/锆钝化膜具有很强耐蚀性,中性盐雾实验128 h表面仅出现轻微腐蚀,铬酸盐点滴实验持续时间为75 s,耐蚀性略低于铬钝化膜,但远高于同类其他钝化膜。钛/锆钝化膜与基体附着力较好,百格实验测试结果附着力评级为0级,杯突实验测试后膜层无开裂和脱落现象,与铬钝化膜附着性接近。与铝合金铬钝化相比,钛/锆钝化操作更加方便、环保、安全,可作为铬钝化的替代工艺。     

纯钛TA2激光气体氮化涂层的组织与性能

使用快速横流的CO2连续激光器在工业纯钛TA2表面进行激光气体氮化改性处理,制备形成致密、无裂纹缺陷的改性层。用扫描电镜和能谱分析仪对激光气体氮化改性层的色泽、宏观形貌和微观组织进行分析;利用显微硬度计对氮化区域的显微硬度进行测试。研究结果表明:经过激光表面氮化处理后,在基体纯钛TA2表面发生了化合反应,生成以TiN为增强相的金黄色耐磨涂层。氮化改性层的组织主要是由细小的、枝晶状的TiN构成。随着激光输出功率的增加,TiN涂层的色泽特征由浅变深,表面形态由平整变为皱状。工业纯钛TA2显微硬度提高,表面强化明显。     

CP-Ti在含氟离子硝酸中电化学腐蚀行为

采用开路电位(OCP)、动电位极化曲线(PPC)、电化学阻抗谱(EIS) 3种电化学测试手段对工业纯钛(CP-Ti)在含氟离子硝酸溶液中的电化学腐蚀行为进行研究。结果表明:随着硝酸溶液中氟离子浓度的增加,CP-Ti耐蚀性变差;影响CP-Ti耐蚀性转变的临界氟离子浓度为1. 25 mmol/L;氟离子与CP-Ti表面的氧化膜发生反应,致使均匀、致密的氧化膜溶解转变为多孔膜,降低了CP-Ti的耐蚀性。