金屬材料表面自納米化工藝、表征及機(jī)理研究.pdf

1、重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文金屬材料表面自納米化工藝、表征及機(jī)理研究碩士研究生：胡國雄指導(dǎo)教師：盛光敏教授學(xué)科、專業(yè)：材料科學(xué)與工程重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)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(duì)0Cr18Ni9Ti不銹鋼、TA17鈦合金、HRB400低碳鋼以及AZ31鎂合金進(jìn)行了表面機(jī)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(cè)試等手段對(duì)經(jīng)過處理的試樣進(jìn)行了詳細(xì)的表征。研究結(jié)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(jié)構(gòu)層，通過噴丸的方式實(shí)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(jí)的超細(xì)晶粒，沒有得到納米結(jié)構(gòu)層。經(jīng)過表面機(jī)械研磨處理后，0Cr18Ni9Ti不銹鋼試樣表面產(chǎn)生了劇烈的塑性變形，并從最表面到基體形成了這樣一個(gè)梯度結(jié)構(gòu)：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(jié)構(gòu)層和超細(xì)結(jié)構(gòu)層。劇烈塑性變形層的深度隨處理時(shí)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(dá)700m左右，這也是噴丸時(shí)彈丸在0Cr18Ni9Ti不銹鋼試樣表面引起的應(yīng)力應(yīng)變所能影響到的試樣內(nèi)部的深度。經(jīng)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(shí)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(duì)于處理13min的試樣，納米層的深度約為70m。在表面機(jī)械研磨處理的

4、過程中，0Cr18Ni9Ti不銹鋼試樣表面發(fā)生了應(yīng)變誘導(dǎo)的ε馬氏體相變，其中ε馬氏體具有密排六方結(jié)構(gòu)(hcp)。0Cr18Ni9Ti不銹鋼試樣最表面只要經(jīng)過短暫處理即可完全轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；與此同時(shí)，馬氏體含量沿試樣縱向深度方向衰減也較快，基本呈指數(shù)關(guān)系遞減，對(duì)于處理13min的試樣而言，據(jù)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(jīng)過表面機(jī)械研磨處理后，獲得了與0Cr18Ni9Ti不銹鋼類似的具有梯度結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，亞微米級(jí)超細(xì)結(jié)構(gòu)，孿晶交叉形成的菱形塊(LTMABs)與位錯(cuò)纏結(jié)、位錯(cuò)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(jīng)過13min處理的TA17鈦合金試樣，劇烈塑性變