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.     

超声表面滚压技术制备梯度纳米结构材料

介绍了超声表面滚压技术（USRP）在制备梯度纳米结构材料中的应用。USRP技术能在材料表面构建梯度纳米结构层并引入残余压应力,同时显著降低材料表面粗糙度并提升表面均匀性。讨论了与USRP加工工艺及过程密切相关的微观结构演变和表面特性,分析了不同材料体系及工艺参数对USRP处理的影响规律。研究表明,采用合适的USRP处理工艺可改善材料表面的力学性能,即硬度,强度,耐磨性及抗疲劳性能等,而腐蚀/氧化行为则更依赖于材料的组织结构、表面完整性、应力状态、不同的腐蚀介质及服役环境等因素的综合作用。此外,对USRP制备梯度纳米结构材料面临的一些基础科学问题和工业应用探索进行了讨论和展望。     

纳米结构金属材料的塑性变形制备技术

本文总结了制备纳米结构金属材料的塑性变形技术,包括大应变量变形技术(冷轧、累积叠轧、等通道挤压和高压扭转)、高应变速率变形技术(动态塑性变形)和高应变梯度变形技术(表面机械研磨和表面机械碾压),分析了变形方式及变形参数对晶粒细化的影响规律,展望了利用塑性变形技术制备纳米结构金属材料的发展趋势及挑战.     

切削法制备超细晶材料研究进展与展望

综述了切削法制备超细晶材料时加工参数和工艺条件对晶粒细化的影响,分析了切削法制备超细晶材料的力学性能、耐腐蚀性能和热稳定性等,探讨了超声振动复合切削法制备超细晶材料的可能性。在超声振动加工中,材料受低应力高速、高频撞击的影响,会发生严重的塑性变形,表面大尺寸的晶粒得到细化,同时超声振动还可以在材料表面形成表面微结构,进一步改善材料性能。因而提出将切削法和超声振动相复合,高效制备具有功能微结构的超细晶材料,为微型零件超细晶材料制备提供新的工艺选择以及理论和技术支撑。     

SPD制备纳米/超细晶金属材料的成形方法

为了探索SPD法制备纳米/超细晶金属材料的新工艺方法,对ECAP、HP1等经典工艺方法制备纳米/超细晶金属材料的晶粒细化特点进行了分析,结果显示目前SPD工艺存在的问题主要表现在:成形效率低、变形过程中出现疲劳裂纹、制件尺寸小、显微组织不均匀.指出今后SPD的研究应从晶粒细化机理和纳米结构与材料性能的关系等方面展开.     

AlTiB纳米细化剂对ZL101合金力学及阻尼性能的影响

利用原位自生法合成的纳米晶粒细化剂,成功的克服了颗粒团聚,有效的抑制了颗粒的沉降。本试验用其对ZL101合金的细化行为进行了研究。试验结果表明:加入量为0.2%(质量分数)时,纳米晶粒细化剂可有效地细化初晶α-Al,改善共晶硅的形貌及尺寸,细化后铸态α-Al枝晶尺寸由44μm减小至23μm;经T6处理的细化后试样其拉伸断口为韧窝断口,且韧窝明显多于未细化试样;加入细化剂后保温30min,与未细化合金相比,抗拉强度提高了28MPa,屈服强度提高了22MPa,延伸率增加了2.6%;同时细化后合金的阻尼性能较未细化合金有了大幅提高,0.5Hz时细化后室温阻尼性能Q-1=13×10-3,较之细化前Q-1提高了5×10-3。     

7A04表面纳米化组织的热稳定性

用旋转辊压塑性变形方法在7A04铝合金表层获得纳米晶组织，用DSC和透射电镜研究了表面纳米晶组织的热稳定性。DSC测试结果表明7A04铝合金表面纳米晶的再结晶温度在473K左右，透射电镜分析表明表面纳米化样品473K退火后晶粒没有明显长大，平均晶粒尺寸约100nm。旋转辊压变形160min，表面层显微硬度由160HV升高到335HV，473K退火后显微硬度下降至250HV，但仍高于基体，573K退火后从表层到基体的显微硬度均明显下降。结果表明7A04表面纳米化组织的使用温度在473K以下。     

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。     

剧烈塑性滚柱滚压诱导纯铜表层的梯度纳米/微米结构(英文)

为了研究由剧烈塑性滚柱滚压在纯铜表层诱导出的梯度纳米/微米结构特征及其晶粒细化机制,采用SEM、TEM、XRD、OM等方法观察样品距表面不同深度的组织特点和材料特性。结果表明,滚压所引入的纳米/微米结构层厚度超过100μm。近表层的硬度有显著的提高,这归因于晶粒尺寸的减小,所生成的等轴纳米晶为随机晶粒取向且绝大多数晶界为小角度晶界。粗晶通过位错运动细化至几微米;变形孪生是形成亚微米晶的主要机理;纳米结构的形成由位错运动主导并伴随局部区域的晶粒旋转。     

纳米氧化锆对铂性能的影响

用锆盐的前驱物(ZrO(OH)2)胶体与纯Pt均匀混合，经加工后，纳米ZrO2均匀分布于Pt基体中，使Pt的室温抗拉强度得到很大提高。同时，纳米ZrO2弥散强化Pt的高温瞬时强度及高温持久强度明显高于纯Pt。纳米ZrO2弥散强化Pt的晶粒随着纳米ZrO2含量的增加而细化，且再结晶温度随之提高。     

功能梯度材料的制备方法与性能评价

梯度功能材料(FGM)是指材料的组分沿厚度方向连续变化.从而使材料性能也呈梯度变化的一种新型材料.列举了多种FGM的制备方法,分析了FGM的热震、压缩等性能及实验手段,展望了FGM新的发展方向.     

多弧离子镀TiAlSiN梯度涂层制备及切削性能

针对含Si超硬涂层与基体结合强度不足,切削过程中涂层易发生剥落从而导致涂层刀具切削性能低的问题,采用离子源增强的多弧离子镀技术在硬质合金刀具上制备了不同含Si层梯度结构的TiAlSiN梯度涂层。利用XRD、SEM、OM以及切削试验探讨不同含Si层梯度结构对涂层物相、表面形貌、膜基结合强度、摩擦磨损以及切削性能的影响。结果显示：不同含Si层梯度结构的TiAlSiN涂层主要由固溶的（Ti,Al） N和（Al,Ti） N相组成。其中,低Si直接过渡的TiAlSiN涂层（S3）呈现出较高的硬度、良好的膜基结合力、较低的涂层残余应力和摩擦因数。铣削结果显示,涂层刀具的切削磨损机理主要表现为粘着磨损。当切削速度为80 m/min时,低Si过渡涂层（S3涂层）表现出更高的切削长度（925 m）,显著高于S1涂层的525 m;当切削速度由80 m/min增加至110 m/min时,S3涂层切削长度增加到1650 m。对含Si刀具涂层进行梯度设计,可有效提高涂层的膜-基结合强度和涂层刀具的切削性能。     

钴基合金-不锈钢梯度强化材料低应力多碰塑变分析

目的研究钴基合金-不锈钢梯度强化材料抵抗低应力多碰塑性变形的能力,以改善单一涂层应力集中问题。方法制备指数梯度和线性梯度涂层试样,与304不锈钢基体试样一起进行低应力多碰实验,比较分析3种材料的塑性变形量、硬度变化量与金相组织变化。结果线性梯度涂层试样的累积塑性变形量约为304不锈钢的1/2,指数梯度涂层试样的累积塑性变形量约为304不锈钢的1/3;两种涂层试样均存在循环硬化及软化现象,硬度值由表及里逐渐减小,多碰后塑性变形符合"趋表效应"。结论两种梯度涂层强化材料的抗低应力多碰塑变能力均明显优于未强化材料,且指数梯度强化材料性能优于线性梯度强化材料。     

大塑性变形法制备块体纳米材料

综述了大塑性变形法制备块体纳米材料的条件和原理，以及用该法制备的纳米材料的微观结构和力学性能，并分析了其中存在的问题，估计了该技术的实际应用潜力。     

铁镍梯度材料抗低应力多冲碰撞塑性变形性能研究

目的研究梯度材料抗低应力多冲碰撞塑性变形能力。方法对纯铁材料、铁镍突变材料和铁镍梯度材料进行多次冲击碰撞试验,分析3种材料的累积变形量、不同层深处的应变和形变硬化程度、表面微观组织。结果总形变量、不同层深处的应变和形变硬化程度方面,纯铁材料略大于铁镍突变材料,远大于铁镍梯度材料。铁镍突变材料和纯铁材料表层为单相多晶组织,且界面密度较小;铁镍梯度材料表层为多相多晶组织,且界面的密度大,其形变被抑制。结论铁镍梯度材料的抗低应力多冲碰撞塑性变形的能力最强,铁镍突变材料次之,纯铁材料最差。     

梯度功能材料的制备及其应用研究的新进展

综述了梯度功能材料9FGM）的新近研究和应用进展，重点介绍了其制备方法及其在工程领域的典型应用。     

Experimental and numerical investigation on pure aluminum by ECAP

The equal channel angular pressing(ECAP) experiments were carried out with industrial pure aluminum and an in-house mould. The comparison of material grain size before and after ECAP was performed by applying the technique of electron back scattered diffraction(EBSD). The results show that the grains in the material after ECAP are refined and the yield stress and ultimate strength are increased. In order to investigate the deformation mechanism during ECAP and the reason for driving grain size refinement, three-dimensional numerical simulations of the ECAP process were carried out. Based on the Lode parameter analysis, the deformation of the material sample is found very complicated, not just pure shear during extrusion through the angular channel. The simulation confirms that a strong strain gradient in the sample material is imposed by the ECAP.