旋轉(zhuǎn)加速噴丸表面納米化工業(yè)純鋁和純銅的制備工藝與性能研究.pdf

1、在金屬材料的三大失效方式中（斷裂、腐蝕和摩擦磨損），摩擦磨損直接發(fā)生與金屬的表面，而疲勞斷裂和腐蝕也是首先起始于材料的表面。因此，通過諸多化學(xué)和物理方法來改變材料表面的組織結(jié)構(gòu)或成分以滿足工程使用所需要的性能（表面改性）一直是材料科學(xué)與工程的重要領(lǐng)域之一。
　　本論文利用自行設(shè)計的旋轉(zhuǎn)加速噴丸處理設(shè)備(RASP)，對工業(yè)純鋁純銅和純銅兩種材料進(jìn)行了表面納米化處理:在材料表面通過機(jī)械變形而獲得了一定厚度的納米晶和超細(xì)晶結(jié)構(gòu)表層，并通

2、過改變工藝參數(shù)，獲得不同性能的材料，并將正交試驗(yàn)設(shè)計和和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合，最終獲得最佳生產(chǎn)工藝參數(shù)。并利用金相顯微鏡、XRD、TEM等測試技術(shù)分析細(xì)晶化表面的微觀組織與顯微結(jié)構(gòu)特征，對比探討了兩種材料的細(xì)化機(jī)理。此外，運(yùn)用便攜式粗糙度儀、硬度測試儀對處理樣品表面性能進(jìn)行了測定。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:
　　1、工業(yè)純鋁和純銅經(jīng)過RASP處理后，表面區(qū)域均產(chǎn)生了強(qiáng)烈的塑性變形，使表面粗晶晶粒發(fā)生了明顯的細(xì)化，純銅材料表層形成了納米晶，并隨著

3、距離表層深度的增加，塑性變形區(qū)的晶粒從納米晶逐漸增大至超細(xì)晶再增大到粗晶，純鋁表層形成了超細(xì)晶，也形成了沿表面至基體的晶粒尺寸的梯度分布。對于純銅材料，彈丸直徑越大，晶粒細(xì)化效果越好。對于純鋁，彈丸能量越高（與彈丸直徑、速度和處理時間有關(guān)），表面粗糙度和表層硬度越大，細(xì)化效果越明顯。但如果彈丸能量過高(比如處理時間為60min)，超細(xì)晶粒因發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶而長大，并使得硬度降低。
　　2、微觀結(jié)構(gòu)觀測發(fā)現(xiàn)，純鋁的晶粒細(xì)化是通過位錯的

4、不斷積累和反應(yīng)完成:變形首先在粗晶晶粒內(nèi)部形成高密度的位錯纏結(jié)和位錯墻，進(jìn)一步的位錯積累使位錯纏結(jié)和位錯墻先演變成小角度亞晶界，并隨之變成大角度亞晶界和大角晶界，形成等軸狀取向隨機(jī)的超細(xì)晶組織。純鋁的位錯細(xì)化機(jī)制是由其高的層錯能決定的。
　　3、對于純銅，在高速變形條件下，粗晶晶粒被高密度的孿晶分割成層片狀，隨后位錯運(yùn)動使層片折斷而進(jìn)一步將其細(xì)化成取向隨機(jī)的等軸納米晶。在應(yīng)變速率較低時，純銅的晶粒細(xì)化機(jī)理等同于純鋁的細(xì)化機(jī)理:先由