316L不锈钢表面纳米化性能研究(4)
1.2.3不锈钢表面纳米化处理后样品性能研究
表面纳米化处理能够在不改变材料的化学组成的前提下通过改变材料表面层的微观组织结构从而改善材料的表面性能，同时也使得其整体性能和环境服役性能得到提高[6]。除此之外，材料表面纳米化对于材料在拉伸、硬度、抗疲劳磨损[7]、扩散性能和热稳定性以及耐蚀性能等方面性能提高有突出贡献。
（一）力学性能
通过表面纳米化处理能够在材料表面形成具有纳米晶结构的表面层，在提高材料表面硬度与强度的同时保存心部基体优异的塑性，提高材料的综合性能。
（二）硬度
金属材料经过表面纳米化处理后，形成了具有纳米晶结构的表面层，材料表层硬度显著提高，与心部未发生变形的基体相比，表面层硬度可提高几倍。表面纳米化处理后材料内部的晶粒尺寸由表面的纳米级沿着深度的方向逐渐增大，直至与基体的晶粒尺寸一致。与此相对应的，由2表面纳米晶层到亚微晶层组织显微硬度逐渐减小，随着深度进一步增加，硬度值趋于稳定。晶粒尺寸的大小与试样显微硬度的关系复合Hall-Petch关系。
(三)扩散性能
晶体中外位错、表面、晶界等缺陷可成为原子扩散的通道，经表面纳米化处理后材料表面层产生大量的缺陷，表面层晶界密度显著增大。原子在晶粒内部的扩散速率较慢，原子的扩散速率在晶界处大于在位错处，而小于在外表面的扩散速率。通过在材料表面施加应力或应变使得材料表面层发生强烈的塑性变形，从而获得的纳米晶层中存在大量的缺陷，缺陷的晶界可作为原子的快速扩散通道。通过表面纳米化增强材料表面的扩散性能能够有效地提高材料表面渗碳、氮及渗金属过程的速度和渗层的质量。
（四）耐磨损性能和抗疲劳性能[9]
表面纳米化处理显著提高材料表面的显微硬度[10]，材料表面硬度的助于改善材料的耐磨损性能[11]。在改善材料表面性能的同时，有些加工技术，如喷丸、机械研磨等能够引起表面粗糙度的增大[12]，从而对材料的耐磨损性能造成负面影响。
不锈钢板进行表面纳米化处理后，由于基体内存在由于变形而产生的残余压应力[13]与晶粒细化作用双重作用的结果，不锈钢板疲劳性能得到显著的提高。
（五）热稳定性
由于纳米结构材料组织中存在大量的非平衡晶界和晶格畸变，使得纳米材料处于亚稳状态。当材料温度升高时纳米晶会由亚稳态向平衡态转变，伴随着纳米晶粒的长大和材料内部缺陷的减少。若纳米晶粒发生长大，则由于细晶带来的材料性能的提高也就不复存在，因此研究纳米结构材料的热稳定性对于其在工业上的应用具有重要意义。
1.3不锈钢表面纳米化现状与发展问题研究
1.4本课题所研究的问题及采用的研究方法
随着人们对表面纳米化材料结构与性能的研究与认识的成熟，在材料表面制备纳米晶的方法日渐丰富，已在很多材料上成功制备纳米晶粒组织。但是由于纳米化技术本身的阻碍，人们目前只能在小型构件上实现材料的纳米晶化。而现在表面纳米化技术的出现为大型构件纳米晶化的实现提供了可能。
材料结构性能的失衡往往源于材料的表面，因此材料表面的结构性能对与材料的使用寿命与使用性能具有重要的意义。表面纳米化能够显著提高材料的综合性能与环境服役性能。通过表面纳米化处理在材料表面形成纳米结构层，能够有效地提高材料表面的强度与硬度，并能有效防止材料表面因老化、断裂、锈化等结构缺陷而发生的损毁，大大提高材料的使用寿命。