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。     

超声滚压表面强化技术的研究现状与应用

超声滚压表面强化技术是一种新型的材料表层后处理工艺，利用预置初始静压力和动态超声冲击力耦合的方式对材料表层进行往复加工，从而达到“削峰填谷”的光整效果，获得更深的表面纳米硬化层和有益的残余应力。首先介绍了超声滚压技术的加工原理和特点，然后从试验影响参数、数值模拟、性能应用、复合加工工艺等几个方面总结了超声滚压技术的研究进展，其中工艺参数(静压力、超声振幅、主轴转速、进给速度、进给量、滚压次数和覆盖率)的择优对材料组织与性能之间的调控效果具有明显改善作用，通过对试验研究中的工艺进行数值模拟，选取优化的工艺参数可以获得较好的材料表面完整性。重点综述了超声滚压处理对金属材料在耐磨性和耐疲劳性能等方面的改善效果，以及其他工艺辅助超声滚压技术对材料性能提升的协同调控作用，通过对超声滚压工艺参数的合理选择，能够实现材料表面纳米结构的形成、有益残余应力的转化和表面显微硬度的提升等方面的协同效果，从而改善材料的微观组织形貌、耐磨性、耐冲蚀性和耐腐蚀性等。最后总结了现有超声滚压表面强化技术存在的不足，并对今后的研究方向进行了展望，即进一步结合工程产品需求和应用领域进行技术创新，进而推动超声滚压表面强化技术的持续发展。     

超声表面滚压纳米化技术研究现状

传统表面纳米化多采用机械处理法,利用剧烈的塑性变形(SPD)使材料表面生成高强度、高硬度的纳米层,但其表面粗糙度高且存在严重集中的应力变形.超声表面滚压(USRP)纳米技术中,滚压头按照预定路线处理材料表面,能同时改善表面粗糙度和强度、硬度.介绍了USRP表面纳米化工艺机理和工艺参数.USRP引起晶体缺陷反复湮灭与再生...     

超声滚压对45钢微观组织和力学性能的影响

目的 提高45钢的表面完整性,研究超声表面滚压加工(Ultrasonic Surface Rolling Processing,USRP)技术对45钢微观梯度结构和力学性能的影响.方法 通过USRP技术,在材料表层制备出微观梯度结构,并对试样梯度结构组织进行金相、SEM、EBSD、表面粗糙度以及显微硬度分析.最后,考虑...     

超声滚压表面复合强化研究综述

超声滚压技术通过位错的湮灭和产生将晶粒细化至纳米级,提高了材料硬度和耐磨损等性能。探讨了如何进一步提升材料的使役性能,通过将超声滚压与其他处理技术相结合形成复合加工工艺,克服单一超声滚压处理工艺的局限性,如超过塑性变形的极限或过度强化带来的起皱、开裂和压溃等。超声滚压表面复合强化技术作为特种复合加工工艺,在零件高性能表面制造中具有明显优势。根据超声滚压在复合工艺中的位置顺序,分别介绍了超声滚压前端强化、同步强化和后续强化3种加工类型。超声滚压前端复合加工技术主要包括超声滚压复合物理气相沉积技术和超声滚压复合离子注入技术等。在超声滚压同步强化方面,讨论了声电耦合和温度场辅助超声滚压对变形层厚度和摩擦磨损性能的影响。在超声滚压后续强化方面,介绍了涂层复合超声滚压技术,讨论了它对涂层裂纹、孔隙以及表面粗糙度的影响。此外,分析了超声滚压对复合强化过程中材料微观组织演化和塑性变形的作用机制,总结了这些技术在改善表面强化效果和满足复杂服役要求方面的研究现状。最后,展望了超声滚压复合强化技术的应用前景和发展方向,强调了它在提高材料使役性能方面的研究价值和目标。     

表面纳米化对Dievar模具钢高能离子注渗WC层性能的影响

通过超声表面滚压处理制备出具有梯度纳米结构表层的 Dievar 模具钢试样。 在滚压试样和未滚压试样表面进行高能离子注渗 (High energy ion implantation, HEII)工艺优化试验,制备出高能离子注渗碳化钨层,并从微观组织结构、成分、硬度和高温摩擦磨损性能等方面研究表面纳米化对于高能离子注渗碳化钨性能的影响。 结果表明:与 HEII 试样相比,USRP+HEII 试样的梯度纳米结构表层明显增强了高能离子注渗碳化钨的效果。 相对于 HEII 试样,USRP+HEII 试样的表面组织更加致密均匀,其注渗层深度提高了约 27%;USRP+HEII 试样的表面硬度为 944. 9 HV,分别较原始母材硬度和 HEII 试样表面硬度提高了约 373%和 27%;USRP+HEII 试样的平均摩擦因数和体积磨损量在不同温度条件下低于 HEII 试样,说明 USRP+HEII 试样具有更加优良的抗高温磨损性能。     

超声滚压工艺对镍基单晶高温合金DD6表面完整性和疲劳寿命的影响

目的 改善长期服役于高温高压环境的镍基单晶高温合金DD6材料的表面完整性,提高其使用寿命。方法 采用超声滚压表面强化工艺(Ultrasonic Rolling Process,USRP)对镍基单晶高温合金DD6试样进行表面强化,用正交试验法对三因素三水平的试样组进行试验,使用三维形貌仪、显微硬度仪、XRD射线衍射仪和MTS万能疲劳试验机探究静压力、进给速度和加工遍数等超声滚压参数对镍基单晶合金表面完整性和疲劳寿命的影响规律。结果 对于镍基单晶材料,超声滚压强化工艺能有效降低其表面粗糙度,提高表面显微硬度,并在材料内部引入一定的残余应力,并提升疲劳寿命。经USRP处理后,不同晶体取向的材料能够取得的最佳表面增益效果为,表面硬度从465HV提高到679.2HV,表面粗糙度从0.703 μm降低至0.253 μm,表面引入了约为782 MPa的残余压应力。不同晶向材料的疲劳寿命提升表现为,应力水平为742.4 MPa时,疲劳寿命提升1.3倍;应力水平为649.6 MPa时,疲劳寿命提升1.5倍。结论 超声滚压工艺能够有效降低DD6材料的表面粗糙度、提高表面显微硬度,并在表面引入一定的残余应力,疲劳断裂模式主要为沿{110}面的滑移断裂。在低于742.4 MPa的应力加载时,超声滚压强化可以明显提高DD6材料在高温下的疲劳寿命。     

Influence of Ultrasonic Rolling on Corrosion Resistance of 7075 Aluminum AlloyEI北大核心CSCD

表面纳米化处理是一种有效改善耐腐蚀性能的手段,但受表面粗糙度和残余应力等因素的影响,其相关机制并不清晰。 运用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)研究经超声表面滚压工艺(USRP)处理后 7075 铝合金的组织和性能。结果表明： 经 1 道次和 15 道次 USRP 处理后,7075 铝合金表面粗糙度减小并且引入了残余压应力。滚压 15 个道次的试样表面能获得平均晶粒尺寸为 52 nm 的纳米晶。相较于未处理试样,经 1 道次和 15 道次 USRP 处理后试样的耐腐蚀性能均显著提高。其中, 滚压 15 个道次试样的耐腐蚀性能提升更为显著。这主要是因为纳米晶可以使材料表面形成更加致密的钝化膜,导致其耐腐蚀性能显著提高,而表面粗糙度降低和引入残余压应力是提升耐腐蚀性能的次要因素。对比分析残余应力、表面粗糙度和表面纳米晶对 7075 铝合金耐腐蚀性能的影响,揭示了 7075 铝合金经表面纳米化处理后耐腐蚀性能提升的机制。     

超声表面滚压改善45#钢表层特性及疲劳性能的研究

目的研究超声表面滚压处理(Ultrasonic Surface Rolling Process,USRP)对45#钢表层特性及疲劳性能的影响。方法利用超声表面滚压设备处理45#钢,观察分析处理前后试样的表层特征、状态、微观结构,采用旋转弯曲疲劳试验研究试样疲劳性能,通过升降法测取疲劳极限值。结果 USRP处理后,试样表面形貌显著改善,表面粗糙度由之前的3.2μm降低到0.23μm,显微组织细化,晶粒取向趋于随机分布,表层显微硬度相比心部提高56%左右,强化层厚度可达400μm,残余压应力由-180 MPa提高到-532 MPa,疲劳极限值由296 MPa提高到403 MPa。结论通过USRP处理,试样的表层特性及表面性能得到强化改善。疲劳性能的提高主要归因于USRP处理使材料表面粗糙度降低,晶粒细化,显微硬度与残余压应力提高。     

超声表面滚压处理铝合金钻杆的高温摩擦学性能

为了提高铝合金钻杆的耐磨性,利用超声表面滚压技术(USRP)对2219铝合金钻杆材料进行表面强化处理。采用透射电子显微镜(TEM)表征了USRP处理后铝合金的晶粒大小,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计测量了强化层的微观形貌、相组成和显微硬度,并利用高温摩擦磨损试验机评价了试样的摩擦学性能,对磨副为玛瑙球。结果表明,经USRP处理后2219铝合金表面形成了纳米晶和厚度约500μm的塑性强化层,表面硬度由120 HV0.05提高至190 HV0.05。随着摩擦磨损试验温度的升高,未处理试样和USRP试样的平均摩擦因数和磨损率都逐渐增大。在相同试验温度下,USRP试样的平均摩擦因数和磨损率均小于未处理试样的。未处理试样和USRP试样的磨损机制主要是黏着磨损和磨粒磨损。     

超声滚压剧烈塑性变形诱导金属材料结构演变的研究进展

首先,对表面完整性的基本概念和内涵进行了概述,同时简要介绍了超声实现滚压技术的基本原理及其优点。随后,对比分析了不同剧烈塑性变形方法的特点和局限性,引出了实现表面完整性的相关剧烈塑性变形协调机制。在此基础上,随后结合其他剧烈塑性变形强化工艺,重点总结了超声滚压剧烈塑性变形对金属材料表面微观结构演变的影响。具体探讨了剧烈塑性变形诱导晶粒细化机制、晶粒生长机制以及合金元素偏聚机制等,主要分别论述了不同层错能的面心立方、体心立方以及密排六方等不同金属晶体结构的晶粒细化机制(以位错滑移、变形孪晶为主导)、晶粒长大机制(以晶界迁移、晶粒旋转为主要)与合金元素偏聚机制(晶界偏聚、位错核心偏聚)等。最后,对以上内容进行了综合总结,并针对超声滚压技术研究中存在的问题给出进一步研究和发展的建议,从而为实现超声滚压金属材料的表面完整性的主动精准控制及提高其服役寿命与可靠性提供一定的参考。     

超疏水化合物在金属腐蚀与防护领域的应用进展

近年来,随着现代工业不断发展,金属材料的应用日趋广泛,同时金属材料的腐蚀问题也受到大家的广泛关注.超疏水化合物因其优良的化学特性而被应用于金属腐蚀防护领域.介绍了超疏水化合物在金属基底进行防护的原理,综述了近年来常用于制备超疏水表面的方法,如通过氟化物、硬脂酸类化合物、长链的烷基或者是硅烷基等疏水性物质对低表面能的化合...     

超疏水表面在金属防护中应用的研究进展

超疏水表面由于具有独特的微纳米粗糙结构和低表面能性质,能形成空气垫物理屏障层,减小材料表面与水或其他腐蚀介质之间的接触面积,因此被广泛应用于金属的腐蚀防护。首先简单介绍了超疏水表面的相关理论,主要包括Young氏方程、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型。然后,归纳总结了三种制备超疏水表面的有效途径:在低表面能物质上构建微纳米级粗糙结构;先构建出具有微纳米级的粗糙结构,再对表面进行低表面能修饰;一步法完成低表面能修饰和微纳米级粗糙结构的构建。在此基础上,详细地综述了常见的超疏水表面(薄膜或涂层)在金属防护中的应用。进一步介绍了通过在超疏水体系中引入缓蚀剂的方式,构建具有主动防护功能的超疏水表面,并介绍了此种超疏水表面在金属防护中的应用。最后指出了目前的超疏水表面在制备工艺以及耐久性等方面存在的问题,并对其在金属防护领域的应用前景和发展方向作出了展望。     

金属有机框架材料在防腐涂层中的应用进展EI北大核心CSCD

金属有机框架材料是由金属离子和有机配体自组装而成的多孔配位聚合物,具有大比表面积、结构功能可调、高孔隙率、高表面活性等优势,金属有机框架材料在金属防腐领域表现出巨大的应用潜力,然而还少有相关的研究综述,有必要对目前金属有机框架材料在金属表面防腐涂层领域的研究成果进行综述。系统总结近年来该领域的相关研究成果,以金属有机框架材料的自身特性和防腐机理为出发点,分类概述金属有机框架材料功能性填料在防腐涂层中的应用以及防腐转化膜材料的最新研究。相关研究结果表明:金属有机框架材料作防腐涂层的功能性填料或防腐转化膜能极大增强对金属的防腐保护,金属有机框架材料功能性填料可改善涂层的致密度与相容性,作为理想容器负载活性剂实现了涂层的自修复、腐蚀自预警等功能性;另外,直接在金属表面制备金属有机框架材料防腐转化膜实现了涂层的主动防护(物理阻隔效应)和被动防护(响应释放缓蚀剂),将金属有机框架材料应用在防腐涂层中增强了对金属的防护性能,延长了金属基体的使用寿命。讨论了金属有机框架材料在应用过程中存在的问题并提出可行的解决途径,对金属有机框架材料在金属防腐涂层领域的应用前景和发展方向进行展望。     

海洋环境钛金属的应用现状及其防护技术研究

钛金属具有优异的耐海水和海洋大气腐蚀性能,因此在海洋装备中有广泛应用。但是钛金属在严酷海洋环境中应用表现出一些不足之处,如耐磨蚀性能差、易生物污损和电偶腐蚀等问题,严重影响了钛金属结构件的长寿命和安全可靠服役。介绍了钛金属在海洋环境中的应用现状,揭示了存在上述不足问题的本质原因。如海洋环境磨损与腐蚀的交互作用导致耐磨性能差的钛金属磨蚀损耗加剧,钛金属良好的生物相容性使其产生严重的生物污损,钛金属相比于其他金属具有较高的正电位,在介质环境中与异种金属偶接时作为阴极被保护从而加速偶接合金的腐蚀。鉴于钛金属优异的海洋耐候性,其在海洋环境中的应用必将越来越广泛,但是合适的表面处理和涂层防护是必不可少的。综述了国内外钛金属在海洋环境应用相关防护技术的研究现状,并对海洋环境中钛金属表面防护技术的发展方向和趋势进行了展望：金属陶瓷涂层和可控纳米结构氧化物陶瓷涂层是海洋环境钛金属运动部件耐磨蚀保护有效的技术手段;防污剂释放型和纳米缓释涂层技术是实现钛金属长效防生物污损很有前途的技术方法;钛金属表面低导电表面改性层的设计和制备可降低与其接触异金属的电偶腐蚀速度。     

碳点在金属腐蚀防护领域的研究进展

综述了碳点的合成路径、改性方法及其在腐蚀防护领域的应用,重点阐述了碳点作为缓蚀剂及其在自修复、自预警等智能防腐涂层方向应用的国内外最新研究进展。首先,分析和探讨了杂原子掺杂型、有机分子修饰型以及生物质衍生型碳点缓蚀剂的缓蚀机理、优势及不足。其次,介绍了基于碳点的本征和外援自修复涂层、腐蚀预警涂层的设计思路及自修复、自预警机制。最后,提出了碳点在缓蚀剂和智能防腐涂层中应用所存在的问题,并对其未来发展前景进行了讨论。未来应秉持绿色、高效理念,进一步优化碳点的制备工艺,深入研究其在缓蚀、涂层自修复及腐蚀预警中的关键作用,以期早日实现工业应用。