金屬材料表面自納米化工藝、表征及機理研究.pdf

1、重慶大學碩士學位論文金屬材料表面自納米化工藝、表征及機理研究碩士研究生：胡國雄指導教師：盛光敏教授學科、專業(yè)：材料科學與工程重慶大學材料科學與工程學院二OO七年十月中文摘要I摘要本文采用噴丸的方式分別對0Cr18Ni9Ti不銹鋼、TA17鈦合金、HRB400低碳鋼以及AZ31鎂合金進行了表面機械研磨處理。借助金相觀察、掃描電鏡觀察、透射電鏡觀察、X射線衍射分析以及顯微硬度測試等手段對經過處理的試樣進行了詳細的表征。研究結果表明，在0Cr

2、18Ni9Ti不銹鋼、TA17鈦合金、HRB400低碳鋼表面獲得了納米結構層，通過噴丸的方式實現(xiàn)了這三種金屬材料的表面自納米化；在AZ31鎂合金表面僅獲得亞微米級的超細晶粒，沒有得到納米結構層。經過表面機械研磨處理后，0Cr18Ni9Ti不銹鋼試樣表面產生了劇烈的塑性變形，并從最表面到基體形成了這樣一個梯度結構：劇烈塑性變形層、過渡層以及基體，其中劇烈塑性變形層又可以分為納米結構層和超細結構層。劇烈塑性變形層的深度隨處理時間的增加而增加

3、并最后穩(wěn)定在250m左右，而試樣表面全部變形層的深度則可達700m左右，這也是噴丸時彈丸在0Cr18Ni9Ti不銹鋼試樣表面引起的應力應變所能影響到的試樣內部的深度。經過1min的處理即可在0Cr18Ni9Ti不銹鋼試樣最表面獲得納米晶，試樣最表面的晶粒尺寸隨著處理時間的延長而減小，處理13min后試樣最表面的晶粒尺寸約為52nm。晶粒尺寸隨距最表面距離的增加而增加，對于處理13min的試樣，納米層的深度約為70m。在表面機械研磨處理的

4、過程中，0Cr18Ni9Ti不銹鋼試樣表面發(fā)生了應變誘導的ε馬氏體相變，其中ε馬氏體具有密排六方結構(hcp)。0Cr18Ni9Ti不銹鋼試樣最表面只要經過短暫處理即可完全轉變?yōu)轳R氏體；與此同時，馬氏體含量沿試樣縱向深度方向衰減也較快，基本呈指數關系遞減，對于處理13min的試樣而言，據最表面80～100m處已基本不存在ε馬氏體。處理后的0Cr18Ni9Ti不銹鋼試樣表面層顯微硬度顯著提高，并且沿縱向深度方向逐漸遞減直至與基體持平。與基

5、體相比，0Cr18Ni9Ti不銹鋼試樣最表面的顯微硬度最高可以提高約2.5倍。TA17鈦合金經過表面機械研磨處理后，獲得了與0Cr18Ni9Ti不銹鋼類似的具有梯度結構的表面層。從試樣最表面開始直到試樣基體部分，顯微組織依次為：納米結構，亞微米級超細結構，孿晶交叉形成的菱形塊(LTMABs)與位錯纏結、位錯墻共存，高密度孿晶及孿晶交叉形成LTMABs，單系孿晶，最后是沒有變形的基體組織。經過13min處理的TA17鈦合金試樣，劇烈塑性變