纯铁与35crmo钢表面纳米化及相关问题研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文纯铁与35CrMo钢表面纳米化及相关问题研究摘要近年来表面机械研磨处理(SMAT)方法作为制备纳米晶块体材料的一种方式受到了材料科学家们的广泛关注，这是因为由SMAT制备出的纳米结构表层无污染，无孔隙，材料的纳米化过程是在高的应变速率下通过强烈塑性变形来实现的。本文利用SMAT方法在纯铁及35CrMo表亟获得了一定厚度的纳米结构表层，在纯铁与35CrMo钢表面形成的纳米晶粒平均大小分别约为10nm与15nm。为了探讨原子在纳米晶结构组织中的扩散行为，随后对SMAT前后的样品分别进行了气体渗氮、离子渗氮；采用电镀技术对纯铁样品表面进

2、行了电镀镍处理；并运用离子注入技术对SMAT前后的纯铁样品分别进行了钛离子注入。通过金相显微镜、X射线衍射、透射电子显微镜、显微硬度测试仪对SMAT后样品的微观组织结构以及渗氮处理后样品的结构和性能进行了表征；通过辉光放电光谱仪测量了渗氮后氮的浓度随深度的变化；采用扫描电子显微镜分析了镍原子在纳米晶铁中的扩散行为：利用俄歇电子能谱仪分析了离子注入后钛的浓度随深度的变化情况。实验结果表明：1．SMAT后，在纯铁与35CrMo表面形成了晶粒取向呈随机分布的等太原理工大学硕士研究生学位论文轴状纳米晶组织。由SMAT引起的强烈塑性变形在样品表面随机发生，并且随着深度的

3、增加强烈塑性变形量逐渐地减小，从而使得样品的微观结构组织也随着距离样品表面深度的增大而呈现出梯度变化。2．SMAT后样品表面层的显微硬度明显增大，表面纳米层的显微硬度约为心部基体硬度的两倍以上，并且随着深度的增大显微硬度值逐渐减小。极化腐蚀实验结果表明，SMAT方法所获得的纳米结构表层可以提高材料的耐腐蚀性能。3．SMAT前后的样品分别进行渗氮后，SMAT后样品的显微硬度略高于粗晶样品渗氮后的硬度值，并且氮原子在SMAT样品中的扩散深度大于在粗晶样品中的扩散深度，这是由纳米晶铁中大量晶界处较高的非均匀形核率所造成的。4．对SMAT前后的纯铁样品电镀镍后分别进行

4、扩散退火处理，在300。C下，SMAT样品中就有明显的扩散现象产生，而对于粗晶样品，在500。C下扩散现象并不明显。由于SMAT样品中含有大量的非平衡缺陷与三叉晶界，所以镍原子在SMAT样品中更容易扩散。5．SMAT前后的纯铁样品分别经离子注入钛后，钛的浓度分布均呈Gauss分布，SMAT样品内部钛原子的浓度比粗晶样品内钛原子的浓度有所提高，但是两种样品的离子注入深度基本相同。关键词：纯铁，35CrMo，表面机械研磨处理，渗氮，严重塑性变形，离子注入太原理工大学硕士研究生学位论文INVESTIGATIoNOFSURFACENANOCRYSTALLlZATION

5、ANDRELATIVEPROBLEMSINPUREIRoNAND35CrMoSTEELABSTRACTInrecentyears，becausesurfacemechanicalattritiontreatment(SMAT)enablesthefabricationofaporosity·-freeandcontamination··freenanocrystallinesurfacelayerwhichisinducedbythesevereplasticdeformationatveryhighrates，themethodofSMAT,whichisu

6、sedtofabricatebulknanostructuredmaterials(NSM)，hasattractedthegrowinginterestofspecialistsinmaterialsscience．Inthispaper,thenanostructuredsurfacelayerisobtainedOilapureironplateanda35CrMosteelplatebyusingSMAT．Theaveragegrainsizeofthenanocrystallitesapproximatesto10nmand15riminthesur

7、facelayersofpureironand35CrMosteel，respectively．Inordertoinvestigatetheeffectofnanocrystalliteonatomicdiffusionkinetics，thegasnitridingandplasmanitridingforboththeoriginalcoarse—grainedsamplesandtheSMATsamplesarecarriedout．Theironsamplessurfaceiscleanedandelectroplatedwithalayerofpu

8、renickel(Ni，about51