Al-Zn-Mg合金的表面納米晶化及其性能研究.pdf

1、表面納米化是利用機(jī)械或熱的方法在塊體材料表面形成一定厚度的納米晶組織表層的表面改性技術(shù)。工程上絕大多數(shù)零件的失效都是從表面開(kāi)始的，因此這種新的表面強(qiáng)化技術(shù)對(duì)提高機(jī)械零件的使用壽命具有重要意義。表面納米化被認(rèn)為是最具前景的表面強(qiáng)化技術(shù)之一。 本文利用表面機(jī)械研磨處理技術(shù)對(duì)Al-Zn-Mg合金進(jìn)行表面納米化處理，在材料表層獲得表面為納米晶、晶粒尺寸沿厚度方向呈梯度增加的特殊結(jié)構(gòu)，采用X-射線衍射儀、金相顯微鏡、透射電子顯微鏡、掃描電

2、子顯微鏡和顯微硬度儀等設(shè)備，系統(tǒng)研究了表面機(jī)械研磨處理誘導(dǎo)表層納米化組織的演變和形成過(guò)程，表面納米化過(guò)程中發(fā)生的合金化現(xiàn)象，表層納米晶組織的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)性能。研究結(jié)果表明： (1)Al-Zn-Mg合金經(jīng)過(guò)表面機(jī)械研磨表層形成了等軸、隨機(jī)取向的納米晶粒，最小平均尺度為～20nm。變形過(guò)程中，晶粒細(xì)化遵循逐漸細(xì)分原則。動(dòng)態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶可能導(dǎo)致納米晶粒組織的最終形成，高應(yīng)變量、高應(yīng)變速率及變形過(guò)程中的升溫對(duì)表層納米晶粒的

3、形成起到了重要作用。 (2)在表面機(jī)械研磨過(guò)程中，GCr15彈丸中的Fe、Cr和Ni等元素在強(qiáng)制機(jī)械力的作用下擴(kuò)散進(jìn)入鋁合金基體，在距表面約30μm的范圍內(nèi)形成了合金化層，這可能是納米晶體中形成的大量界面，使合金元素原子能夠快速擴(kuò)散和偏聚的結(jié)果。這為室溫下金屬納米合金化層的合成提供了新途徑。 (3)表面納米化Al-Zn-Mg合金在不同溫度下真空退火后，表現(xiàn)出一定的熱穩(wěn)定性：在較低溫度(150℃以下)退火時(shí)，納米晶層的

4、晶粒尺寸及硬度值都沒(méi)有明顯變化；在250℃退火后，出現(xiàn)大量納米級(jí)析出相，尺寸為～20nm，晶粒尺寸長(zhǎng)至約300nm，在亞微米級(jí)范圍內(nèi)，材料的表層硬度保持在400HV以上，仍遠(yuǎn)高于基體。 (4)表面納米化Al-Zn-Mg合金樣品在NaCl、NaOH和HCl三種不同的腐蝕介質(zhì)中電化學(xué)腐蝕性能都表現(xiàn)出不同程度的下降。主要原因是表面納米化后，鋁合金表面納米晶層的晶界體積比顯著增加，晶界處的活性原子數(shù)增加，電化學(xué)反應(yīng)速度進(jìn)行較快。