鋁合金表面納米化微觀結(jié)構(gòu)及晶粒細化機制研究.pdf

1、納米晶材料由于結(jié)構(gòu)獨特，性能優(yōu)異而倍受關(guān)注。但是由于制備技術(shù)和團聚問題等未能解決，目前難以獲得高純，致密，界面清潔的理想三維塊體納米晶材料。隨著對納米材料研究的不斷深入與納米技術(shù)的不斷發(fā)展，將表面改性與納米技術(shù)相結(jié)合來制備納米晶塊體材料得到了人們的廣泛重視。這樣可以通過提高材料表面性能來提高材料的整體性能。目前通過表面高能噴丸技術(shù)，在金屬材料表面已經(jīng)成功制備出一定厚度的納米結(jié)構(gòu)表層，即實現(xiàn)了表面納米化。然而對于金屬材料表層納米結(jié)構(gòu)的微觀

2、組織演變，性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系尚缺乏系統(tǒng)的認識和深入的理解。因此，深入系統(tǒng)的研究強烈塑性變形導致的納米晶粒形成機制和技術(shù)對納米材料合成與應(yīng)用具有十分重要的意義。 本論文研究了表面高能噴丸方法制備納米晶塊體材料的工藝技術(shù)和納米化機理。采用金相顯微鏡，X-射線衍射儀(XRD)，透射電子顯微鏡(TEM)和高分辨電子顯微鏡(HRTEM)等測試設(shè)備系統(tǒng)的研究了表面高能噴丸處理后Al-Zn-Mg合金表面層不同深度的微觀結(jié)構(gòu)特征，測試了表面層不同

3、深度的硬度分布。根據(jù)表面層應(yīng)變引入的微觀結(jié)構(gòu)特征，提出了Al-Zn-Mg合金表面高能噴丸導致晶粒細化的機制。 主要研究結(jié)果如下： 1.Al-Zn-Mg合金經(jīng)過表面高能噴丸處理后，表層形成了等軸、隨機取向的納米晶粒，最小晶粒平均尺寸約為20nm。表面層微觀結(jié)構(gòu)隨距離表層深度的增加呈現(xiàn)梯度變化，依次可分為：納米晶層，亞微米晶層，過渡層及基體。隨距離表層深度的增加，微觀應(yīng)變減小，晶粒、亞晶、位錯胞結(jié)構(gòu)尺寸增大。 2.表

4、面高能噴丸處理Al-Zn-Mg合金表層晶粒細化導致硬度明顯增大，隨深度增加(即晶粒尺寸增大)，硬度值減小。 3.高應(yīng)變量、高應(yīng)變速率的塑性變形對Al-Zn-Mg合金樣品表層納米晶粒的形成起到了重要作用。在高應(yīng)變速率變形條件下，細化晶粒尺寸可以減小到納米量級。Al-Zn-Mg合金表面高能噴丸晶粒細化主要包括以下三個物理過程： (1)位錯墻和位錯纏結(jié)結(jié)構(gòu)在原始晶?；蚣毣木Я?、亞晶粒內(nèi)形成； (2)隨位錯墻或位錯纏結(jié)

5、結(jié)構(gòu)演變成小角度取向差的亞晶界，亞晶粒形成； (3)亞晶界隨應(yīng)變量增加，逐漸演變成大角晶界，形成納米晶層； 4.塑性變形區(qū)有兩種主要的位錯組態(tài)：位錯墻和位錯纏結(jié)。位錯墻是通過應(yīng)變引起的位錯滑移、積聚而形成。位錯纏結(jié)是高密度位錯混亂交織在一起的位錯排列。隨應(yīng)變的增加，這兩種位錯組態(tài)逐漸演變成位錯胞和亞晶。 5.在表面高能噴丸處理時，晶粒細化遵循逐漸細分原則，隨變形應(yīng)變量增加，晶粒細分過程可以不斷進行：即在細化的晶粒