纯铜表层机械研磨辅助合金化研究

《纯铜表层机械研磨辅助合金化研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、纯铜表层机械研磨辅助合金化研究第一章绪论1.1纳米材料、金属间化合物的定义以及性能纳米材料结构单元的尺寸接近电子相干长度导致其组织的性能有很大的变化，纳米粒子因为有特殊的结构层次，所以它拥有许多特殊的性质和功能[3]，表现有：表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、介电限域效应、宏观量子隧道效应等[4]，由于具有许多优异的物理性质，因此纳米材料表现出大量的奇特性质进一步产生了不同于传统材料的优秀性能。与传统材料相比，纳米材料强度更高、硬度也会大幅提升[5]，具有良好的拉伸延展性能、高导电导热、超磁[6]等更为优异的物理性能，有广泛的工程运用前景。例如，相

2、较于传统晶粒尺寸粗大的材料来说，纳米晶体材料的强度和硬度提高了1倍多；纳米材料比有大尺寸晶粒的传统材料有更加显著的量子尺寸效应和表面效应，经过研究发现纳米颗粒及粉体对红外光存在一个宽频带吸收谱，例如AI2O3、SiC、Si3N4>Si02[7]；此外，纳米材料颗粒或粉体非常不容易反射可见光；在磁学性能上纳米材料也拥有比传统粗晶材料更特殊、更加优异的性能，比如，当纳米材料的颗粒粉体细化到一定临界值之后，这种材料由于尺寸效应会表现出一种超顺磁状态，同时当纳米材料的颗粒尺寸超过了超顺磁临界尺寸后，材料的矫顽力会突然升高到一个很大的数值，并且纳米材料有

3、很低的居里温度；和一般传统粗晶材料相比，纳米细晶材料拥有很低的溶点和晶化温度，另外，从膨胀系数上来说纳米晶体材料也要比一般传统粗晶材料大上许多，例如，在研究银的膨胀系数时，将银的晶体颗粒尺寸细化到纳米级后，其界面热膨胀系数大幅提高，达到了晶内热膨胀系数的1.1倍。铁基纳米合金的热膨胀系数在温度为居里温度以下时，其热膨胀系数与一般传统粗晶材料相比提升了很多;从扩散和烧结性能上说，由于纳米材料晶粒细小，晶界数目大，所以其有很大的总表面积，这就为扩散提供了很多的界面和通道，因此纳米材料的扩散性能非常的出色，因为以上特点纳米材料在低温时也非常容易烧结；光催化

4、性能，现阶段利用纳米颗粒Ti02进行光学催化，水中有害物质如烃类以及齒代物等已经试验成功并且能够实际应用in];在医学方面，纳米颗粒材料近些年备受医学界的关注，因为纳米颗粒材料可以有效携带药物进入病变细胞，从而直接杀死这些坏死细胞，获得非凡的疗效；除了以上的这些性能外，纳米材料还具有其他更多优异性能，从而被广泛用于工业生产、国防科技、电子技术等领域。1.2金属材料表面纳米化纳米材料的制备全部要遵循两个基本原则，首先是要将常规的大块状或者大颗粒状的材料分解成纳米级微粒，第二纳米级微粒聚集形成基本微粒时要控制微粒的生长，使其生长后的尺寸始终保持在纳米级尺

5、寸纳米材料的制备方法可以分为物理方法、化学方法以及物理和化学方法相互交叉的方法。其中物理方法包括：等离子体蒸发凝聚法[14]、溅射法[15]、压萍法、固相法冷凝法、高能球磨法、气动雾化法液态金属离子源法[21]等。化学方法包括：沉淀法、溶胶一凝胶法[23]、培融法、水解法[25]、电化学法、微乳液法溶剂蒸发法、金属醇盐法f29]等。金属材料在工业上被广泛的应用，能够利用纳米技术来加强金属材料的综合性能和服役寿命有着巨大的应用前景。金属材料的表面纳米化是指通过物理、化学以及物理化学相结合的方法在金属材料原始的大晶粒表面形成一层具有一定厚度的纳米尺寸晶粒

6、的结构，这样就使得金属材料表面获得了纳米层，实现金属表面纳米化。一般可以通过如图1-1[30]所示的表面涂覆或沉积、表面自纳米化、混合法三种方法来实现金属材料表面纳米化。第二章实验材料与方法2.1实验材料与制备先将其切为尺寸为100innixl00mmx6mm的板材，在箱式电阻炉中进行退火（MgO保护）处理，退火温度65(rc，保温时间为2.5h,以消除其机械加工影响。经过处理后得到的基体晶粒尺寸约为l00tmi。退火后将材料表面用砂纸从0#打磨到1200#，直至其表面没有异物且光滑整洁为止。2.2实验方法用成都晶纳格科技有限公司生产的S-1金属材料

7、表面纳米化试验机对退火后的样品进行表面机械研磨处理（SMAT)，设备如图2-1所示。试验机由两个部分构成，位于图片左侧的是试验机的主机，其包括振动台、试样罐、振动电机等。其主要用于安装被测试样进行实验。位于图片右侧的是试验机的控制台，在此控制台上可以设置实验时的各种变量，如实验时间，真空条件，振动频率，还可以读取实验适时的温度等信息。实验时在两个实验罐体内加入等量的弹丸，弹丸能够覆盖耀体底部四分之三为佳。并且分别加入粒度为200目的镇粉l0g，和招粉25g(其中再添加同等颗粒度的氧化错粉末l0g作为分散剂）。为了防止试样在处理过程中被氧化，将实验罐体

8、内部抽真空。弹丸选用GCrl5钢球，直径为8mm。系统振动频率为50Hz。SMAT釆用三种工艺，第一种，每进