Q235低碳鋼表面納米化及離子注入的研究.pdf

1、材料的失效很多是發(fā)生在表面，如疲勞、腐蝕和磨損等都對材料的表面性能極其敏感，表面改性技術在工業(yè)上已經得到了廣泛的應用。納米晶體材料由于晶粒尺寸小、界面密度高，表現(xiàn)出獨特的力學、物理和化學性能而備受關注。若在材料的表面制備出一定厚度的納米結構表層，即實現(xiàn)表面納米化(SNC)，就可以利用納米材料優(yōu)異的功能特性來提高材料的性能和服役行為。隨著對表面工程和納米材料研究的不斷深入，將表面改性技術與納米技術相結合逐漸得到了人們的重視。 通過

2、表面機械研磨處理(SMAT)在Q235低碳鋼表面制備出了一層厚度約為20μm的全致密、無污染的納米晶組織。運用金相顯微鏡、X射線衍射、透射電子顯微鏡等分析測試技術對SMAT后低碳鋼的微觀組織結構進行了表征。然后對表面納米化處理前后的低碳鋼在金屬蒸氣弧源(MEVVA)離子注入機上進行了Ti離子注入，運用俄歇電子能譜儀分析了離子注入后Ti沿樣品表面的深度分布，研究了低碳鋼表面納米化預處理對離子注入的影響。最后，對低碳鋼SMAT過程進行了數(shù)值

3、模擬，計算了低碳鋼SMAT時表面層的應變、應變速率及應力，探討了SMAT時應變速率對低碳鋼形變機制和晶粒細化機理的影響。研究結果如下： 1.SMAT后低碳鋼樣品表層形成等軸、取向隨機的納米晶組織，平均晶粒尺寸約為10～20nm。SMAT塑性變形隨著距離樣品表面深度的增加而逐漸減小，塑性變形沿各個方向隨機發(fā)生。變形表面層的微觀組織隨著距離樣品表面深度的增加呈梯度變化，依次可以分為：納米晶層，亞微晶層和過渡層。SMAT樣品表面層的應

4、變、應變速率和應力沿深度方向也呈梯度變化。SMAT時樣品表面層的變形過程主要經過二個階段：彈塑性變形階段和動態(tài)回復階段。 2.Ti注入Q235鋼后，濃度基本上均服從Guass分布，經過表面納米化處理的樣品，注入元素濃度相比未經處理的有了很大的提高，而離子注入的深度則變化不大。 3.塑性變形時的應變量和應變速率對于樣品晶粒細化和處理后最終晶粒尺寸的大小起重要的作用。研究結果表明，SMAT時樣品最表面層的應變速率最大可達68