40Cr钢表面纳米层形成机理的研究

通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜分析研究了高能表面处理后40 Cr钢表面纳米层的组织结构，探讨了表面纳米层的形成机理．利用纳米压痕仪测定了表面纳米层的硬度．结果表明，采用高能表面处理技术在40 Cr钢表面制备出平均晶粒尺寸约为11nm的表面纳米层．纳米层的形成过程中，粒状渗碳体易于产生应力集中，在集中应力的作用下通过破裂碎化形成纳米晶；铁素体通过位错产生、缠结等，细化为小尺寸晶粒．表面纳米层的硬度明显提高．     

Q235钢表面纳米化处理对离子注入的影响

通过高能喷丸处理，在Q235低碳钢的表面得到了一层约20μm厚的纳米晶组织，然后使用金属蒸汽弧离子注入机（MEVVA）对表面纳米化处理前后的试样进行了钛离子注入。研究结果表明，Ti注入Q235钢后，浓度基本上服从Guass分布；经过表面纳米化处理的样品，注入元素浓度与未经处理的相比有了很大的提高，而离子注入的深度则变化不大。浓度升高的主要原因可能是经过表面纳米化处理的试样表面层含有更多的缺陷，注入原子与这些缺陷的交互作用导致了其固溶度的超额增加。     

超疏水钢表面的制备及其抗结霜性能

为了改善传统钢铁表面较差的抗结霜性能,对钢片表面先后进行高能微米喷丸处理和氟化处理,采用扫描电子显微镜、接触角测量仪和抗结霜试验设备研究了钢片表面形貌、浸润性和抗结霜性能的变化.结果表明,高能微米喷丸处理在钢片表面成功构建了微米一纳米复合结构,且喷丸尺寸越细小,得到的微观结构越细小均匀.喷丸一氟化复合处理后,钢片表面与水滴接触角可高达160.,滚动角小于2.,显示出超疏水性和低黏附性.低温结霜试验表明,制备的超疏水钢片在试验过程中只有少量的霜晶出现,而未经处理的钢片已形成霜层.分析认为超疏水钢表面与水滴间的热量交换较小,水滴不易凝结,从而有效地提高了抗结霜性.抗结霜性良好的超疏水钢有望在热交换器或低温运行设备等领域获得应用.     

40Cr钢表面纳米化的研究

采用超音速微粒轰击技术（SFPB）对40Cr调质钢进行表面纳米晶结构制备,并利用TEM、XRD、GX-71型金相显微镜和TuKON2100显缈维氏硬度计等对表面纳米层的组织结构和显微硬度进行了分析研究。结果表明,经过SFPB表面处理后,在40Cr调质钢表面晶粒细化,形成了随机取向的铁素体和渗碳体纳米晶粒,晶粒尺寸达到10nm,纳米层厚度为40μm;纳米晶粒尺寸随着距表面距离增加而增大,纳米化主要是位错运动的结果;经SFPB处理后表层的显微硬度提高到526HV,且随着深度的增加硬度迅速降低。     

高能喷丸0Cr18Ni9Ti不锈钢自纳米化机理

为在OCr18Ni9Ti不锈钢棒材端面制备出纳米晶,采用高能喷丸(HESP)对不锈钢棒材的端面进行表面自纳米化处理.利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪对喷丸端塑性变形层不同深度的组织进行表征,并对OCrl8Ni9Ti不锈钢在高能喷丸过程中的晶粒细化机理进行讨论.结果表明:在喷丸端大约70 μm深度内形成纳米组织,其中喷丸表面的晶粒尺寸达到52 nm左右.晶粒细化机理为:在小应变作用下主要是孪生变形把粗大晶粒细化成孪晶薄片,在大应变作用下,孪晶交叉把孪晶片细化成纳米晶粒,同时在孪晶交叉处产生应变诱导马氏体相变.     

M50NiL钢磨削表面完整性特征及变质层厚度表征方法

通过透射电子显微镜确定了M50NiL钢渗碳后磨削表面变质层厚度,同时利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、显微维氏硬度计、X射线残余应力测定仪等设备表征了M50NiL钢磨削表面完整性特征.结果表明:磨削在渗碳硬化层表面构建了一个表面变质层,该变质层组织的基本特征是晶粒细化和变形,在选区电子衍射图上显示为拉长模糊的多晶环;变质层厚度约0.5 μm,残余压应力和硬度略有升高,表面应力集中系数较低.     

M50NiL钢磨削表面完整性特征及变质层厚度表征方法

通过透射电子显微镜确定了M50NiL钢渗碳后磨削表面变质层厚度,同时利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、显微维氏硬度计、X射线残余应力测定仪等设备表征了M50NiL钢磨削表面完整性特征.结果表明:磨削在渗碳硬化层表面构建了一个表面变质层,该变质层组织的基本特征是晶粒细化和变形,在选区电子衍射图上显示为拉长模糊的多晶环;变质层厚度约0.5μm,残余压应力和硬度略有升高,表面应力集中系数较低.     

Cr12MoV钢脉冲等离子体爆炸表面改性研究

采用脉冲等离子体爆炸技术对Cr12MoV钢表面进行改性处理,利用扫描电子显微镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机对不同处理次数下改性层的组织、耐磨性进行了研究。结果表明:经过脉冲等离子体爆炸技术处理后,材料表面发生熔化并获得均匀致密的改性层。改性层硬度从表面到基体呈现先升高后降低的趋势且硬化层的硬度较基体显著提高。经过脉冲等离子体爆炸技术处理后材料表面的耐磨性得到显著提高。     

表面纳米化对7055铝合金耐磨性能的影响

为了研究表面纳米化对7055铝合金耐磨性能的影响,利用高能喷丸(High Energy Shot Peening, HESP)技术对7055铝合金材料进行表面纳米化处理,在7055铝合金表面获得纳米结构。利用透射电镜分析纳米化前后微观组织的变化,同时对纳米化材料表层进行残余应力及显微硬度测定,并采用球盘磨损试验机研究了纳米化表面对固定载荷条件下7055铝合金材料磨损性能的影响。结果表明：表面纳米化使7055铝合金材料表面发生严重塑性变形,材料表面分布较高幅值残余压应力,最大可达到-369MPa, 残余压应力层深度达0.6mm;纳米化后试样显微硬度较基体提高了50%。摩擦磨损实验表明：表面纳米化从一定程度降低了7055铝合金材料表面摩擦系数,且磨损失重是未处理试样的32%,表明高能喷丸表面纳米化有效改善了7055铝合金材料的耐磨性能。     

40Cr钢离子渗氮与提高模具耐磨性研究

通过对40Cr钢氮化处理的显微组织观察、硬度测量、元素分布情况测定、耐磨性的分析和表征,提出一种提高塑料模具表面硬度和耐磨性的方法。     

纯铜表面纳米化的微观结构演化及其力学性能研究

利用表面机械滚压处理（surface mechanical rolling treatment,SMRT）工艺在纯铜表面制备出梯度纳米结构层,获得了最表层为取向随机的纳米晶粒、亚表层的晶粒尺寸在厚度方向上呈梯度分布的结构层。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对微观组织进行表征,研究了晶界、位错、孪晶界等微观结构的演化。通过改变SMART工艺参数,在纯铜表面制备出不同厚度的梯度纳米结构层,对比分析了梯度纳米结构层厚度对纯铜力学性能的影响。结果表明：经SMRT后,试样距表面大约5 μm处的显微硬度高达1.56 GPa,其横截面的硬度随着距表面深度增加呈递减趋势;相比于粗晶铜,SMRT后纯铜的屈服强度提高了2倍多,而塑性损失很少,并且SMRT后纯铜的屈服强度随着梯度纳米结构层厚度的增加而提高。     

纯铜梯度纳米化表面硬质膜的微观结构演化与力学性能研究

利用磁控溅射法在纯铜的表面沉积TiN硬质膜,然后对镀膜后的试样进行表面机械滚压处理（surface mechanical rolling treatment, SMRT）,在其表层形成梯度纳米结构层。采用金相显微镜（optical microscopy, OM） 、扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM）等对试样的表面形貌和显微结构进行表征,研究梯度纳米结构层的强化方式和组织演化规律。通过改变SMRT工艺的参数,在试样的表面制备出不同厚度的梯度纳米结构层。研究发现：随着下压量的增加,表面的梯度纳米层随之变厚,硬质膜颗粒与纯铜基体的结合更紧密;表面梯度纳米化影响了硬质膜的组织结构;颗粒被碾入纯铜表层中,提高了试样的综合力学性能,屈服强度最高增加了73%,同时其塑性降低很少;试样表面的硬度最大可以达到约1.6 GPa,并且沿厚度方向从表层到芯部的硬度呈梯度分布。     

工业纯铁表面自纳米化及其表征

利用高能喷丸(High energy shot peening,HESP)法在工业纯铁的表面获得一定厚度的纳米晶层,实现工业纯铁表面自纳米化。通过金相显微镜观测、扫描电子显微镜分析、显微硬度测试以及X线衍射计算分析,对工业纯铁表面自纳米化层的组织结构和性能进行研究分析。研究结果表明:采用HESP方法实现工业纯铁表面纳米化的主要工艺参数是:喷丸弹丸为直径1 mm的铸铁,喷丸压力为0.6 MPa,喷枪距离试样表面为5 cm,所获得的纳米晶的厚度随着喷丸时间的增加而增加;剧烈变形层由于晶粒得到了细化,其显微硬度大大提高,在距喷丸面10μm处,其显微硬度(HV)达到296.6,随着距喷丸面距离的增加,剧烈变形层的硬度不断减小;只要喷丸1 min,即可在工业纯铁表面获得平均晶粒粒径为68.4 nm、微观畸变为0.050%的纳米晶层;随着喷丸时间的延长,晶粒粒径越来越小,而微观应变越来越大;喷丸14 min可在工业纯铁表面获得平均晶粒粒径为28.5 nm、微观畸变为0.175%的纳米晶层。     

纳米化处理超声金属表面

采用超声表面加工处理方法在45钢上制备出纳米结构表层．TEM（透射电子显微镜）、XRD（X射线衍射）、粗糙度和显微硬度试验结果表明：经超声处理后，样品表层的晶粒可细化至纳米量级，平均晶粒尺寸为50nm，且在某些区域出现纳米晶与非晶嵌套结构，表面形成残余压应力，表面粗糙度值降为原始样品的1／100，与样品心部相比，表层硬度显著提高．     

1Cr18Ni9Ti不锈钢剪切变形诱发的表面纳米化

对1Cr18Ni9Ti板材进行球磨处理,利用光学显微镜、X射线衍射和透射电镜研究剪切变形方式下深度方向的组织演变.结果表明,剪切变形可以在1Cr18Ni9Ti中诱发表面纳米化,其过程包括:奥氏体内通过位错的增殖、运动、湮灭和重组形成具有亚微米尺度的、取向差较小的位错胞;位错胞壁不断吸收位错而转变成小角度和大角度晶界,将原始粗晶分割成亚微晶;应变量和应变速率的增加诱发机械孪生,形成纳米量级的板条状马氏体;细化组织重复上述过程使晶粒尺寸减小、取向差增大,最终形成等轴状、取向呈随机分布的纳米晶组织.外力作用方向并未改变纳米化过程,但会影响变形层的厚度.     

表面纳米化对高锰钢磨料磨损性能的影响

利用传统的喷丸技术，在高锰钢表面制备出了具有纳米晶结构特征的表层，并利用X射线衍射仪及高分辨透射电子显微镜表征了表面纳米晶的微观组织结构特征．喷丸处理试样的表层晶粒细化至纳米量级，喷丸60min试样的表面晶粒尺寸约为3～8nm．随着喷丸处理时间的增加，试样表面硬度增加，晶粒尺寸减小．利用三体磨料磨损试验机检验了喷丸处理前、后试样的磨料磨损性能，结果表明：喷丸时间为2～30min时，试样的耐磨性随着喷丸时间的增加而增加；喷丸30min试样的耐磨性提高了72％；过长的喷丸时间导致试样产生微裂纹而使耐磨性下降．晶粒细化和硬度提高使磨损机理发生改变，未喷丸处理试样的磨损主要为微观切削，而喷丸处理试样的磨损主要为疲劳剥落，磨损机理的改变使材料的耐磨性提高．     

表面喷丸硅钢的低温渗硅与参数的影响

为了用表面纳米化简化硅钢渗硅工艺及确定渗硅参数的影响,对硅钢进行了喷丸和固体粉末渗硅,用透射电镜、扫描电镜和X射线衍射等测试组织、物相和成分.结果表明:硅钢经过喷丸后,表面形成了具有随机取向的纳米晶,平均晶粒尺寸约为10 nm.在硅粉+卤化物中,喷丸样品于550℃即可实现固体渗硅.提高渗硅温度和在较高的温度下延长保温时间均能显著地增加渗硅层厚度,而卤化物含量的影响不大.经过固体渗硅后,渗硅层由Fe Si和Fe3Si两相组成,其中较高的温度和卤化物含量易得Fe Si相,而较低的温度和卤化物含量易得Fe3Si相.     

FeNiPB(Cu,Nb)纳米晶软磁材料的研究

通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜及场发射扫描子显微镜并借助X－ray衍射仪分析研究了Fe基纲米晶软磁材料，结果表明：用机械合金化法可以合成FeNiPB(Cu,Nb）非晶合金，非晶粉末经晶化处理可以得到FeNiPB(Cu,Nb）纳米晶组织。     

Formation of microstructural features in hot-dip aluminized AISI 321 stainless steel

Hot-dip aluminizing (HDA) is a proven surface coating technique for improving the oxidation and corrosion resistance of ferrous substrates. Although extensive studies on the HDA of plain carbon steels have been reported, studies on the HDA of stainless steels are limited. Because of the technological importance of stainless steels in high-temperature applications, studies of their microstructural development during HDA are needed. In the present investigation, the HDA of AISI 321 stainless steel was carried out in a pure Al bath. The microstructural features of the coating were studied using scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. These studies revealed that the coating consists of two regions:an Al top coat and an aluminide layer at the interface between the steel and Al. The Al top coat was found to consist of intermetallic phases such as Al₇Cr and Al₃Fe dispersed in an Al matrix. Twinning was observed in both the Al₇Cr and the Al₃Fe phases. Furthermore, the aluminide layer comprised a mixture of nanocrystalline Fe₂Al₅, Al₇Cr, and Al. Details of the microstructural features are presented, and their formation mechanisms are discussed.