金属材料表面纳米化研究现状

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1、第36卷第3期石油工程建设11"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!金属材料表面纳米化研究现状!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"刘红（中海油能源发展油田建设渤海工程分公司，天津300452）摘要：金属表面纳米化是近几年发展起来的一项新技术，具有广阔的发展空间，工程上材料的失效大多来自于表面，采用表面纳米化技术有可能对表面进行强化，这对提高机械零件的使用寿命具有重要意义。文章阐述了金属表面纳米化的方法以及表面纳米化对金属材料力学性能、疲劳性能、耐磨性能、耐蚀性

2、能、热稳定性、化学热处理性能的影响，论述了表面纳米化技术在石油工程建设中的应用及发展趋势。关键词：金属材料；表面纳米化；机械性能；研究现状；对比中图分类号：TB383文献标识码：A文章编号：1001－2206（2010）03－0011－060引言本文结合近几年来表面纳米化研究现状，介绍纳米晶体材料因具有独特的结构特征，从而了表面纳米化技术对材料性能影响的研究进展，并具有一系列优异的力学及物理化学性能[1]对它们进行了对比，对表面纳米化技术发展趋势也。利用纳米金属材料的优异性能对传统工程金属材料进行进行了展望。结构改良，有可能提高工程材料的综合

3、力学性能1表面纳米化制备方法及服役寿命。众所周知，在服役环境下，工程结材料表面纳米化的方法有3种[6-8]：表面涂层构材料的失效多始于表面，材料的疲劳、腐蚀、或沉积、表面自纳米化以及表面自纳米化与化学处磨损对材料的表面结构和性能很敏感。因此，表理相结合的混合方式。表面涂层或沉积方法是在制面组织和性能的优化就成为提高材料整体性能和备出具有纳米尺度的颗粒后，将其固结在材料表服役行为的有效途径。面，在材料上形成一个与基体化学成分相同（或不[2]提出了金属材料表面同）的纳米结构表层。表面自身纳米化是对多晶材1999年，KLu和LLu纳米化的概念，即在

4、材料的表面制备出一定厚度料，采用非平衡处理方法增加材料表面的自由能，性能优异的纳米结构表层，通过表面组织性能的使粗晶组织逐渐细化至纳米量级。混合方式是将表优化来提高材料的综合力学性能及环境服役能力。面纳米化技术与化学处理相结合，在纳米结构表层采用表面纳米化技术在金属材料表面获得具有实形成时，对材料进行化学处理，在材料的表层形成用意义的纳米结构，有望使其抗疲劳、耐磨、耐与基体成分不同的固溶体或化合物。蚀等性能得到改善，同时可有效提高材料性价比，其中，表面自纳米化（SSNC）是近几年提出降低工程成本。近年来，表面纳米化已引起国内的新概念，与其他两

5、种方式相比，它有其独特的优外学者的广泛关注，被认为是今后几年内纳米材点：工艺简单，成本低，易于实现；表面纳米层结料研究领域最有可能取得实际应用的技术之一。构致密，无孔隙、污染等缺陷，化学成分与基体相迄今为止，已经采用某些表面机械加工处理法成同；所得纳米结构表层因具有梯度结构，在使用过功地对纯铁、纯铜、铝合金、40Cr、不锈钢和低碳程中不易剥落、分离。正是这些优点才使得表面自钢等材料表面实现了纳米化[3-5]纳米化（SSNC）技术成为近年的研究热点之一。，而对于机械零件中常用的综合性能较好的热处理合金钢表面纳米目前，国内在这方面做的工作最多的要

6、数沈阳金属化的研究却鲜有报道。研究所的卢柯研究组。12石油工程建设2010年6月[9]最早对各种材料的表面纳米化行为Sauer等8.0GPa和12.5GPa，并随着深度的增加硬度迅速进行了研究，并根据层错能的大小把材料的表面纳降低。米化机制分为三类。此后大多采用表面机械研磨法王志平等[16]采用超音速微粒轰击技术实现了[6，10]（SurfaceMechanicalAttritionTreatment，SMAT）0Cr18Ni9Ti不锈钢和16MnR低合金钢焊接接头表对金属材料进行表面纳米化，然而该方法适用于实面的纳米化，研究结果表明，处理后

7、母材、焊缝和验室研究，不适于对大面积复杂形状的金属零件进热影响区的表层明显强化，与样品的芯部相比，表行表面处理，限制了其在工业上的进一步应用。层的硬度均提高了两倍以上。0Cr18Ni9Ti钢和2表面纳米化对金属材料力学性能的影响16MnR钢焊接接头经超音速颗粒轰击后，在两种表面纳米化使材料表面的力学性能得到不同程钢表层皆产生了一个压力层。其中，0Cr18Ni9Ti度的改善。表面纳米晶层的硬度显著提高，并随着钢焊缝表层最大压应力达到580MPa，压应力层深度的增加而逐渐减小；与显微组织未发生变化的深度约为360μm；16MnR钢的最大压应力达到

8、芯部相比，表面硬度可提高几倍，表面以下的亚微370MPa，压应力层深度约为220μm。晶层的硬度也明显地增大。硬度随d-1/2（d为晶粒3表面纳米化对金属材料的疲劳