纯铜表面纳米化处理结构观察(2)
2.2.1 金相试样、硬度试样和扫描电镜试样的制备与测试 11
2.2.2 透射电镜试样制备与测试 12
3 实验结果及其讨论分析 14
3.1 金相与粗糙度结果分析 14
3.1.1 金相结果分析 . 14
3.1.2 粗糙度结果分析 . 14
3.2 硬度结果分析 16
3.3 扫描电镜结果分析 17
3.4 透射电镜结果分析 19
结论 21
致 谢 22
参 考 文 献 . 23
1 绪论
纳米晶是晶粒尺寸在纳米级别的超细晶粒，结构特征独特，能够表现出一系列的
优异性能[1]
。 经过前人大量的实验研究表明， 纳米材料的应用可以有效改善材料结构，
提高材料性能，延长使用寿命。众所周知，材料表面的失效往往是材料服役过程中需
要解决的难题，由此，前人将纳米技术运用到材料表面，即表面纳米化[2]
，以改良材
料表面性能，并且得到了良好的效果。在此，沿着前人的步伐，继续表面纳米化的研
究。
表面纳米化的概念是由卢柯和吕坚提出的一种新型的纳米技术[3]
，能够广泛应用
于表面工程领域，与传统的单一表面工程技术和复合表面工程技术相比，它具有相当
的优越性，被誉为第三代表面工程。表面纳米化是利用各种可行性的方法，使材料表
面层的粗晶粒逐渐细化至纳米量级，制得纳米化的表面层，而基体保持不变，以改良
材料结构和提高材料性能。在 2000 年国际纳米材料大会的总结报告上，表面纳米化
技术被认为是最有可能在结构材料上获得突破的纳米技术之一[4]
。
1.1 表面纳米化的制备方法
研究表明，在块状粗晶材料上获得纳米化表面层的基本方法有三种[5][6][7]
，即表
面涂层或沉积、表面自身纳米化和混合方式，如图（1）所示。 表面涂层或沉积[8]
，是将制备得到的纳米量级的颗粒固结在材料的表面，在材料
表面上形成一个纳米层，颗粒的成分可以与基体相同也可以不同。表面涂层或沉积的
到的纳米结构表层，与基体材料之间有着明显的界面，外形也有所增加，但是纳米层内的晶粒大小比较均匀。表面自身纳米化[9]
，是对材料表面采取适当的处理方法，使
材料表面的粗晶组织逐渐细化到纳米量级，得到纳米化的结构表层，与表面涂层或沉
积相比，纳米结构表层与基体之间不存在界面，材料的外形尺寸也基本不变，同时，
晶粒尺寸沿厚度方向由纳米量级逐渐增大[10]
。混合方式[7]
，是在表面纳米化技术的基
础上对材料表面进行化学处理，处理的时间可以在纳米结构形成时也可以在其形成
后。混合方式的化学处理，在材料的表层形成了与基体成分不同的固溶体或化合物，
改变了材料表层的化学成分，而材料的外形不一定被改变 。三种制备方法相比较，
表面自身纳米化的制备方法不改变材料表面层的化学成分，也基本不改变材料的外
形，有一定的发展潜力。
表面自身纳米化是通过采取非平衡处理的方法实现，主要有两种[11]
：非平衡热力
学处理法和表面机械加工处理法。
非平衡热力学处理法，是将加热至熔化或相变温度的材料表面进行骤冷，再通过
动力学的原理来提高晶粒的形核率、抑制晶粒的长大速度，以获得纳米晶，其机理类
似于马氏体相变。 表面机械加工处理法[12]