純鉭、純銅表面納米化微觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)行為研究.pdf

1、滑動(dòng)摩擦可以產(chǎn)生極高的應(yīng)變和應(yīng)變率導(dǎo)致金屬表層強(qiáng)烈塑性變形，從而對(duì)微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能產(chǎn)生影響。眾多研究結(jié)果表明，金屬經(jīng)摩擦處理后，表層微觀結(jié)構(gòu)可細(xì)化至納米量級(jí)，且沿深度方向呈梯度變化分布。由此，提出全新的利用滑動(dòng)摩擦(Sliding Friction，SF)來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬材料表面納米化的技術(shù)，用以在大尺寸平面樣品上制備納米晶結(jié)構(gòu)表層。本文以國(guó)家自然基金項(xiàng)目(50901062)“摩擦導(dǎo)致鉭、鈮表面納米化”為依托，對(duì)純鉭經(jīng)SF處理亞表層微觀結(jié)構(gòu)

2、進(jìn)行表征，初步研究SF處理對(duì)其表層力學(xué)行為的影響規(guī)律，同時(shí)試探性地也對(duì)純銅經(jīng)SF處理后表層微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)行為加以研究。迄今，關(guān)于bcc難熔金屬納米晶的報(bào)道相對(duì)較少，本文對(duì)純鉭樣品的研究可以拓寬對(duì)其組織、性能上的認(rèn)識(shí)。其表層強(qiáng)化機(jī)理也可為解決在實(shí)際應(yīng)用中難熔金屬零部件因強(qiáng)度不夠而過(guò)早失效等問(wèn)題提供理論依據(jù)。
　　采用表面SF處理技術(shù)在純鉭、純銅樣品表層制備一定厚度的納米結(jié)構(gòu)層。利用光學(xué)顯微鏡(OM)、差示掃描量熱分析(DSC)、X-

3、射線衍射儀(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、高分辨電子顯微鏡(HRTEM)以及維氏硬度計(jì)和微小力拉伸試驗(yàn)機(jī)等方法研究了純鉭、純銅表面滑動(dòng)摩擦處理導(dǎo)致的納米結(jié)構(gòu)層的宏觀組織形貌、微觀結(jié)構(gòu)以及力學(xué)性能等。主要研究結(jié)論如下:
　　(Ⅰ)滑動(dòng)摩擦處理使純鉭表層形成可達(dá)約340μm的塑性變形層;純銅塑性變形層厚度介于350～400μm之間。變形層沿深度方向呈梯度變化分布。
　　(Ⅱ)純鉭樣品表面晶粒細(xì)化為完全等軸納米晶，晶粒尺寸分

4、布在3～13nm之間，平均為約7nm;純銅表面晶粒平均尺寸約10nm。
　　(Ⅲ)滑動(dòng)摩擦處理純鉭樣品納米晶粒內(nèi)發(fā)現(xiàn)了變形孿晶的存在;納米晶粒間取向角差較大，晶界處呈現(xiàn)明顯的非晶結(jié)構(gòu)。
　　(Ⅳ)純鉭樣品表層硬度值隨深度的增加而降低。最大硬度達(dá)2700 MPa，為基體硬度的2.5倍。表層納米晶體（取表面40μm厚樣品）的屈服強(qiáng)度高達(dá)700 MPa，為基體粗晶樣品的兩倍，斷裂延伸率1.5％;純銅樣品顯微硬度最大值可達(dá)1600M