Al-Zn-Mg合金的表面纳米晶化及其性能研究

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1、太原理：li大学硕+研究生学位论文Al-Zn-Mg合金的表面纳米晶化及其性能研究摘要表面纳米化是利用机械或热的方法在块体材料表面形成一定厚度的纳米晶组织表层的表面改性技术。工程上绝大多数零件的失效都是从表面开始的，因此这种新的表面强化技术对提高机械零件的使用寿命具有重要意义。表面纳米化被认为是最具前景的表面强化技术之一。本文利用表面机械研磨处理技术对Al—Zn—Mg合金进行表面纳米化处理，在材料表层获得表面为纳米晶、晶粒尺寸沿厚度方向呈梯度增加的特殊结构，采用x．射线衍射仪、金相显微镜、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和显微硬度仪等设备，系统研究了表面机械研磨处理诱

2、导表层纳米化组织的演变和形成过程，表面纳米化过程中发生的合金化现象，表层纳米晶组织的热稳定性、化学稳定性和力学性能。研究结果表明：(1)A1．Zn—Mg合金经过表面机械研磨表层形成了等轴、随机取向的纳米晶粒，最小平均尺度为～20nm。变形过程中，晶粒细化遵循逐渐细分原则。动态回复和再结晶可能导致纳米晶粒组织的最终形成，高应变量、高应变速率及变形过程中的升温对表层纳米晶粒的形成起到了重要作用。(2)在表面机械研磨过程中，GCrl5弹丸中的Fe、Cr和Ni等元素在强制机械力的作用下扩散进入铝合金基体，在距表面约309m的范围内形成了合金化层，这可能是纳米晶体中形成的大

3、量界面，使合金元素原子能够快速扩散和偏聚的结果。这为室温下金属纳米合金化层的合成提供了新I太原理1：大学硕十研究生学位论文途径。(3)表面纳米化A1．Zn．Mg合金在不同温度下真空退火后，表现出一定的热稳定性：在较低温度(150。C以下)退火时，纳米晶层的晶粒尺寸及硬度值都没有明显变化；在250。C退火后，出现大量纳米级析出相，尺寸为～20nm，晶粒尺寸长至约300nm，在亚微米级范围内，材料的表层硬度保持在400HV以上，仍远高于基体。(4)表面纳米化A1．Zn．Mg合金样品在NaCI、NaOH和HCl三种不同的腐蚀介质中电化学腐蚀性能都表现出不同程度的下降。主

4、要原因是表面纳米化后，铝合金表面纳米晶层的晶界体积比显著增加，晶界处的活性原子数增加，电化学反应速度进行较快。(5)表面纳米化Al—Zn-Mg合金，由于表层形成纳米晶层，阻碍了位错的滑移，造成位错积聚，导致材料强化。关键词：表面机械研磨，表面纳米化，Al—Zn-Mg合金，扩散，性能太原理l：人学硕十研究生学位论文INVETIGATIoNONSURFACENANOCRYSTALLIZATIONOFAI·-Zn--MgALLOYANDITSPROPERTIESABSTRACTSurfacenanocrystallizationisanewsurfacemodifica

5、tiontechnologythatusesmethodssuchassevereplasticdeformationtogenerateananostructuredsurfacelayer．Inindustry,mostoffailuresofmachinepartsbeginfromtheirsurface，SOitisimportanttoexplorenewsurface—strengtheningtechnologiesinordertoimprovetheirdurability．Therefore，surfacenanocrystallizatio

6、nhasbeenregardedasoneofthemostprosperoussurfacestrengtheningtechnologies．Inthiswork，anAI·Zn—Mgalloywasselectedtobetreatedbymeansofthesurfacemechanicalattritiontreatment(SMAT)technique，andananostructuredsurfacelayerwasobtained．Themicrostructureevolution，theformingmechanismofnanocrystal

7、lites，andthealloyingphenomenonintheprocessofattritionwerecharacterizedusingX—raydiffraction(XRD)，opticalmicroscope(OM)，scanningelectronicmicroscope(SEM)andtransmissionelectronicmicroscope(TEM)．Thepropertieswerealsoexamined，includingmicrohardness，thermalstability,corrosionresistanceand

8、mecha