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。     

激光冲击处理不锈钢慢应变速率拉伸应力腐蚀性能

利用激光冲击处理技术对304不锈钢片试样进行激光冲击处理。采用慢应变速率拉伸实验方法评价304不锈钢激光冲击处理前后在80℃时、质量分数为3.5%Na Cl溶液中的应力腐蚀开裂敏感性。通过金相显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)分析激光冲击处理后表面强化层的晶粒细化程度。采用显微硬度计测定了表面显微硬度分布及影响层深度。实验结果表明,激光冲击处理未能显著细化试样表层晶粒,但可以提高显微硬度。随着冲击次数增加,表面显微硬度值也增加,影响层厚度提高。慢应变速率拉伸应力腐蚀试验结果表明激光冲击处理可以降低不锈钢应力腐蚀开裂敏感性,且双面冲击处理比单面冲击处理效果更好。     

表面处理对柔轮材料力学性能影响的有限元分析

以柔轮常用15-5ph不锈钢为对象,研究不同表面处理工艺对柔轮材料力学性能的影响规律。利用纳米压痕仪开展15-5ph不锈钢试件压入实验,将得到的载荷-深度曲线与有限元模拟结果进行对比,验证有限元压入模型的有效性。在此基础上,开展常见表面处理工艺影响柔轮材料力学性能的有限元建模与分析。研究结果表明:涂层弹性模量的增加将提高涂层-基体系统的等效硬度及刚度;渗碳层厚度的适当增大可减小柔轮基体应力而不影响柔轮的啮合精度;由喷丸产生的残余压应力越大,基体材料等效硬度越大,并可带来材料等效刚度的一定提高。     

残余应力对表面纳米化316L不锈钢疲劳性能影响

超声喷丸处理工艺在316L不锈钢表面制备出了纳米表面晶层,对表面纳米化后和未表面纳米化的316L不锈钢试样进行拉拉低周疲劳试验,然后对试件进行表面残余应力进行测试,并对表面纳米化后材料疲劳性能的影响机理进行了初步分析探讨.研究结果表明,超声喷丸表面纳米化处理可以有效使材料在表面产生残余压应力,并使得表面晶粒细化,从而有效抑制疲劳裂缝萌生,提高材料疲劳寿命.     

接触载荷作用下非均质材料表层应力集中分析

利用数值化等效夹杂方法分析接触载荷作用下规则分布杂质单元影响材料表层最大von Mises应力大小和位置,并与相同工况下均质材料分析结果进行对比。在此基础上,研究不同分布参数下正态分布杂质单元对材料应力集中行为的影响。研究结果表明:在特定接触载荷作用下,均质材料表层最大von Mises应力随摩擦因数增大而增大,但杂质单元的存在将改变最大von Mises应力位置变化规律。非均质材料基体表层应力集中随分布杂质单元x方向平均坐标值增大而逐渐增大;随y方向平均坐标值增大而逐渐减小;随杂质单元半径增大而先增后减;分布杂质单元体积分数增大将导致基体最大von Mises应力上升。     

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。     

医用不锈钢表面TiN薄膜的组织结构和力学性能研究

为改善医用不锈钢的耐磨性,采用反应磁控溅射在304不锈钢表面沉积了TiN薄膜,研究了Ti过渡层沉积时间对TiN薄膜微观结构和力学性能的影响。通过Ｘ射线衍射仪、扫描电子显微镜、纳米压痕仪、FST1000型薄膜应力测试仪、HSR-2M摩擦磨损试验机和WS-2005型涂层附着力自动划痕仪对样品进行微观组织表征和力学性能测试。结果表明,当Ti过渡层沉积时间为20 min,Ti过渡层厚度为340 nm时,TiN薄膜结晶性最强,硬度和弹性模量达到最大值,分别为21.6 GPa和327.5 GPa,平均摩擦因数达到最小值0.45,临界载荷达到最大值24.7 N,TiN薄膜的力学性能、摩擦性能以及与基体的结合力达到最优。进一步延长Ti过渡层的沉积时间,TiN薄膜的柱状晶组织粗化、力学性能、摩擦性能以及与基体的结合力均降低。     

基于微晶刚玉砂轮的20 CrMnTi齿轮成型磨削表面完整性

为研究微晶刚玉砂轮成型磨削20CrMnTi齿轮的表面完整性,开展了20CrMnTi齿轮成型磨削试验,分析了砂轮线速度、轴向进给速度及径向进给量对齿面粗糙度、表层/次表层显微硬度、微观组织和残余应力的影响规律,探讨了由磨削引起的磨削烧伤、微观裂纹等损伤缺陷的形成机理,结果表明:径向进给量对表面粗糙度的影响最显著,砂轮线速度次之,轴向进给速度最不显著;磨削温度过高会导致磨削烧伤,淬火烧伤使得表面硬度提高5%~20%,回火烧伤则导致表面硬度不同程度地下降;表层组织从外至内分别为白层、暗层和基体组织,白层主要由致密的马氏体+碳化物+残余奥氏体组成;砂轮线速度和径向进给量的增大使得由磨削引起的残余拉应力增大,表面残余压应力下降并逐渐向拉应力转变,当表面最终残余拉应力大于材料的断裂强度时,表面产生微观裂纹.     

超声表面滚压加工40Cr表层的纳米力学性能

研究了超声表面滚压加工40Cr表层的力学性能.采用纳米压痕实验测定了表层的弹性模量、纳米硬度和残余应力.实验结果表明:经过超声表面滚压后,40Cr表层的弹性模量和硬度都得到显著提高,最大值均位于表面,往复加工3遍的表面弹性模量和硬度分别为217.16,GPa和3.588,GPa,加工6遍的表面弹性模量和硬度分别为224.8,GPa和3.857,GPa;同时表层获得一定数值的残余压应力,最大值位于表面并随着加工遍数的增加而增大.对比实验结果发现往复加工次数对表层的力学性能有重要的影响.     

磁控溅射参数对ZrB2/ZrAlN纳米多层膜结构和性能的影响

选择ZrB2和ZrAlN作为个体层材料,利用超高真空射频磁控溅射系统在80 nm调制周期下,制备了一系列ZrB2/ZrAlN纳米多层膜,用XRD、表面轮廓仪和纳米力学测试系统分析了物相及晶体结构.研究表明：纳米多层膜体系的各项性能随着Ar/N2流量比例的变化而变化,多层膜的纳米硬度值和弹性模量均高于两种个体材料混合相的硬度值,残余应力也得到缓解,合适的N2气分压可以使多层膜体系的机械性能达到最佳.