表面納米化對金屬疲勞的影響
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納米晶體材料相比較于粗晶材料而言具有獨特的結構特征,故其力學及物理化學性能更加優良。利用納米金屬材料的優異性能對傳統工程金屬材料進行結構改良,是提高工程材料的綜合力學性能及服役壽…
納米晶體材料相比較于粗晶材料而言具有獨特的結構特征,故其力學及物理化學性能更加優良。利用納米金屬材料的優異性能對傳統工程金屬材料進行結構改良,是提高工程材料的綜合力學性能及服役壽命一個重要思路。一般來說,工程結構材料的失效多始于表面,而表面的結構和性能又決定了材料的抗疲勞能力。因此,表面組織和性能的優化就成為提高材料整體性能和服役行為的有效途徑。
表面納米化技術是對金屬材料表面進行一定的處理,使其表面層組織細化至納米量級,在塊體金屬表面獲得一層(幾十微米厚)的納米晶組織。由于表面納米化將使金屬表面呈壓應力狀態,所以當金屬受到拉應力時,壓應力可抵消掉一部分或全部拉應力,從而減小裂紋擴展速率,提高金屬材料抗疲勞性能。材料表面納米化的方法有
3種:表面涂層或沉積、表面自納米化、表面自納米化與化學處理相結合的混合方式。表面涂層或沉積方法是在制備出具有納米尺度的顆粒后,將其固結在材料表面,在材料上形成一個與基體化學成分相同(或不同)的納米結構表層。表面自身納米化一般作用于多晶材料,通過非平衡處理方法增加材料表面的自由能,使粗晶組織逐漸細化至納米量級。混合方式是將表面納米化技術與化學處理相結合,對材料進行化學處理,在材料的表層形成與基體成分不同的固溶體或化合物。 其中,表面自納米化(SSNC)是近幾年提出的新概念,與其他兩種方式相比具有其獨特的優點:工藝簡單,成本低,易于實現;表面納米層結構致密,無孔隙、污染等缺陷,化學成分與基體相同;所得納米結構表層因具有梯度結構,在使用過程中不易剝落、分離。正是這些優點才使得表面自納米化(SSNC)技術成為近年的研究熱點之一。