FCC結(jié)構(gòu)和HCP結(jié)構(gòu)金屬表面機(jī)械研磨過程的比較.pdf

1、近年來，具有優(yōu)異的力學(xué)性能和獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)的納米材料已經(jīng)成為人們的研究熱點(diǎn)。材料表面納米化是在材料表面制備出具有一定厚度的納米結(jié)構(gòu)表層，通過改變其組織結(jié)構(gòu)以及應(yīng)力狀態(tài)，使材料的整體力學(xué)性能得到改善的方法。表面機(jī)械合金化(SMA)技術(shù)來源于表面納米化技術(shù)，是表面強(qiáng)烈塑性變形(SPD)的另一分支領(lǐng)域，是在進(jìn)行表面機(jī)械研磨的同時(shí)引入不同于基體的成分，形成具有納米梯度結(jié)構(gòu)的復(fù)合表面，以滿足材料表面多樣性的要求。本文通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比 FCC結(jié)構(gòu)金屬(

2、Cu)和 HCP結(jié)構(gòu)金屬(Mg)機(jī)械研磨過程中參數(shù)配比問題，并探討其表面納米化和合金化過程的區(qū)別，以及期望制備出表面性能更好的納米結(jié)構(gòu)層，研究了合金化過程中原子擴(kuò)散的問題。
　　(1)由于純銅和純鎂晶體結(jié)構(gòu)不同，并且其層錯(cuò)能也不同，導(dǎo)致塑性變形過程機(jī)理也不相同，純銅變形機(jī)理包括(a)位錯(cuò)纏結(jié)和位錯(cuò)墻在原始粗晶以及細(xì)化胞中演變、(b)形成小角度亞晶界、(c)小角度亞晶界轉(zhuǎn)化為大角度亞晶界及納米晶三個(gè)步驟，位錯(cuò)機(jī)制對(duì)塑性變形過程起主要

3、貢獻(xiàn)；純鎂變形機(jī)理包括(a)應(yīng)力應(yīng)變誘發(fā)孿晶結(jié)構(gòu)形成、(b)孿晶間的交互作用發(fā)展為位錯(cuò)的纏結(jié)、(c)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程三個(gè)步驟，塑性變形過程初期以孿生交互機(jī)制為主，隨著應(yīng)力應(yīng)變持續(xù)作用，位錯(cuò)機(jī)制對(duì)變形過程起主要作用。
　　(2)在相同納米化體系中，彈丸尺寸增大對(duì)納米化效果起促進(jìn)作用，塑性變形層厚度增加，納米晶尺寸減小。特別是純鎂基體，8 mm的彈丸作用下，表層擇優(yōu)取向面發(fā)生變化，由原先的(101)晶面擇優(yōu)變?yōu)?002)晶面和(101)

4、晶面共同擇優(yōu)。
　　(3)在相同納米化體系中，SMAT時(shí)間增長(zhǎng)對(duì)納米化效果(深度及晶粒大小)起促進(jìn)作用，塑性變形層厚度明增加，納米晶尺寸減小，晶格畸變嚴(yán)重。
　　(4)將表面納米化法和表面機(jī)械合金化法結(jié)合，在純Cu、純Mg表面得到均勻、連續(xù)的Ni涂層和Cu-Ni、Mg-Ni復(fù)合涂層。這一種新的方法對(duì)原位形成表面復(fù)合涂層提供了實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。
　　(5)經(jīng)過表面納米化預(yù)處理30 min的Cu板、Mg板合金化效率明顯高于未處理過

5、的Cu板、Mg板，合金化4 h后，預(yù)處理的樣品Ni涂層厚度可以分別達(dá)到40μm和60μm，分別是未預(yù)處理樣品的8和6倍。涂層的厚度、均勻性和連續(xù)性隨合金化時(shí)間延長(zhǎng)而提高。
　　(6)經(jīng)過表面合金化后樣品表面硬度得到很大的提高，純銅樣品表面硬度從98 HV提高到280 HV，提高2.8倍；純鎂樣品表面硬度從45 HV提高到340 HV，提高7.5倍。
　　(7)涂層的形成主要經(jīng)歷了三個(gè)階段：粉體與基體機(jī)械結(jié)合、形成冷焊層和互擴(kuò)