不同层错能铜合金表面纳米化研究(2)
2.2.1 金相试样、硬度试样和扫描电镜样品的制备与测试 9
2.2.2 拉伸测试试样的制备与测试 11
3 实验结果及其讨论分析讨论 12
3.1 金相结果分析 12
3.2 微观组织观察结果分析 12
3.3 硬度结果分析 14
3.4 拉伸性能和断口形貌结果分析 16
结论 19
致谢 20
参考文献21
1 绪论
在过去的几十年里，人们已经对各种金属及合金的塑性成形诱导晶粒细化开展广泛的调查，其中既有针对块体金属的研究，又有针对块体材料的表层的。与在块体材料中的应变诱导晶粒细化相比，通过将材料表层晶粒细化到纳米量级（即表面纳米化）来优化表面性质的方式则提供了更有前景更实用的工业应用。
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[1]，其可被广泛应用于表面工程领域，该领域还包括单一表面工程技术和复合表面工程技术，与之相比，表面纳米工艺具有一定的优越性。表面纳米化即可利用各种物理方法，也可采用化学方法, 来将材料的表层至一定深度的晶粒细化至纳米量级, 从而使块体材料具有纳米结构的表层，但是其基体将仍然保持原有的状态，通过该技术可有效改善和提高材料的表面性能，例如疲劳强度、抗腐蚀性以及耐磨性等。在2000 年举行的国际纳米材料大会的总结报告上，表面纳米化技术被誉为是最有可能在结构材料上获得突破的纳米技术之一[2]。
1.1 表面纳米化的制备方法
目前的研究表明，要想在块状粗晶材料上获得纳米化表面层，有三种基本方法可行[3][4][5]，它们分别是表面涂层或沉积、表面自身纳米化和混合方式，如图（1）所示。
（a）表面涂层或沉积 (b) 表面自身纳米化 (c) 混合方式
图（1）表面纳米化制备的方法
表面涂层或沉积[6]，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。通过表面涂层或沉积的方法得到的纳米级表层，它与基体材料之间存在着明显的界面，而且厚度也有所增加，但通过该方式得到的纳米层内的晶粒大小相对比较均匀。而表面自身纳米化[7]，则是对材料的表层采取某种处理方法，使得基体材料表层的粗晶组织能够逐渐细化到纳米量级，从而得到纳米级结构表层，与第一种方法相比，该方法得到的纳米结构表层与基体之间不存在界面，且材料的外形尺寸也基本不变，同时，晶粒尺寸从表面至芯部由纳米量级逐渐增大[8]。混合方式[5]，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。这种化学处理，是于材料的表层形成与基体成分不同的固溶体或化合物，从而改变材料表层的化学成分，但是其并不能一定改变材料的外形。这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，可以通过利用非平衡处理的方法来实现，主要有两种[9]：非平衡热力学处理法以及表面机械加工处理法。
非平衡热力学处理法，是将材料表面加热至熔化或相变温度时，对其进行骤冷处理，然后再利用动力学的原理来提升晶粒的形核率，并且抑制晶粒长大的速度，这样便可获得纳米晶，这个过程的机理与马氏体相变的相似。而表面机械加工处理法[10]，则是在材料表面反复承受高频的外加载荷，以增加它的自由能，并且使其在不同的方向上能够发生强烈的塑性变形，这样一来，便能让材料表面的大尺寸粗晶渐渐细化到纳米级别的尺寸。这两种方法的根本目的都是，让材料表面自由能增大和晶粒细化，不过，它们所采用的工艺方法和使材料表层达到纳米化的微观机制却大不相同。相比而言，表面机械加工处理法运用得较多、较广、较成熟，常用的表面机械加工处理方法有：喷丸、冲击、研磨等。
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