表面機(jī)械研磨誘發(fā)316L不銹鋼表面納米化及其性能研究.pdf

1、納米晶體材料由于其結(jié)構(gòu)獨(dú)特、性能優(yōu)異而倍受關(guān)注，但是由于制備技術(shù)的限制，目前難以獲得高純、致密、界面清潔的理想三維塊體納米材料。表面納米化是在塊體材料表面形成一定厚度納米晶組織表層的過程。通過表面機(jī)械研磨技術(shù)，在金屬材料表面已成功制備出一定厚度的納米結(jié)構(gòu)表層，即實(shí)現(xiàn)表面納米化。然而對(duì)于金屬材料表層納米結(jié)構(gòu)的微觀晶粒形成機(jī)制，目前仍然缺乏統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)和深入理解。因此，深入系統(tǒng)地研究嚴(yán)重塑性變形導(dǎo)致的納米晶粒形成機(jī)制具有十分重要的意義，特別是

2、本研究選取的材料是316L不銹鋼，它具有中低層錯(cuò)能(40mJ/m2)且應(yīng)用廣泛，對(duì)具有此層錯(cuò)能金屬(合金)表面納米化機(jī)理的研究尚為空白。另外，通過表面納米化處理不但可以將納米材料的獨(dú)特性能賦予傳統(tǒng)材料以提高其整體性能，獲得具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和優(yōu)越性能的表層，同時(shí)為在納米尺度上系統(tǒng)研究工藝、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系提供理想的樣品。 本文在表面機(jī)械研磨的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了異步軋制工藝處理，研究了表面機(jī)械研磨和異步軋制組合工藝對(duì)316L不銹鋼組織和性能

3、的影響。 本工作采用X射線(XRD)、金相和透射電子顯微鏡觀察等測(cè)試技術(shù)，系統(tǒng)研究了表面機(jī)械研磨和組合工藝處理后316L不銹鋼表面層和不同深度的微觀結(jié)構(gòu)特征。利用硬度計(jì)、表面粗糙度儀及極化曲線測(cè)試儀，對(duì)表面機(jī)械研磨和組合工藝處理后樣品的硬度、粗糙度及電化學(xué)行為進(jìn)行了系統(tǒng)研究。獲得的主要結(jié)論如下：表面機(jī)械研磨處理(SurfaceMechanicalAttritionTreatmentSMAT)： 1.SMAT60min的3

4、16L不銹鋼表層在大應(yīng)變量、高應(yīng)變速率和多方向重復(fù)載荷的作用下，形成等軸狀、取向隨機(jī)、平均晶粒尺寸約為15nm的納米晶。表面層微觀結(jié)構(gòu)隨距表面深度增加呈梯度變化，表面層依次可被分為：納米晶層(表面到20μm深度)；亞微晶層(20～50μm深度)；孿晶層(50～100μm深度)；位錯(cuò)層(100～150μm深度)。2.SMAT316L不銹鋼的表面納米化機(jī)理歸納為以下四個(gè)過程：a)位錯(cuò)和位錯(cuò)胞的形成；b)機(jī)械孿晶細(xì)化基體；c)位錯(cuò)切割孿晶；d

5、)納米晶粒的形成。 3.SMAT60min316L不銹鋼納米表面的硬度約為處理前樣品的1.7倍。表面粗糙度由2.2μm下降到1.34μm。SMAT處理后樣品的腐蝕行為在酸性、堿性和中性腐蝕介質(zhì)中表現(xiàn)為：SMAT工藝處理后，樣品勻能鈍化，但鈍化膜溶解速度快，耐蝕性明顯下降。 4.SMAT60min樣品在距表層約50μm深度的孿晶層，在0.05MH2SO4+0.25MNa2SO4腐蝕介質(zhì)中表現(xiàn)出異常良好的耐蝕性能，其主要原因

6、是孿晶界的貢獻(xiàn)。 表面機(jī)械研磨和異步軋制組合工藝(SMAT&CSR-CrossShearRolling)：1.經(jīng)過SMAT&CSR組合工藝處理后，表層納米晶仍然存在，晶粒尺寸進(jìn)一步均勻細(xì)化(約為5～15nm)。 2.SMAT&CSR組合工藝處理后，表面粗造度由1.34μm下降到0.44μm；納米層硬度變化不大，但基體硬度提高1GPa。組合工藝可以顯著提高316L不銹鋼的機(jī)械性能。 3.SMAT&CSR組合工藝處理