金屬表面自身納米化

目錄內(nèi)容概述1表面納米化制備原理和方法2表面自身納米化介紹3表面納米化的應(yīng)用前景4表面納米化需要結(jié)局的問題5表面工程的發(fā)展表面工程的發(fā)展大致分為三個階段：第一階段，以單一表面工程技術(shù)的品種增加、工藝成熟為主要特征，包括堆焊、熱噴涂、電鍍、化學(xué)鍍、化學(xué)熱處理、離子注入、真空熔結(jié)、激光處理、電子束熔覆、PVD、CVD、黏涂、涂裝等，它們也稱為第一代表面工程技術(shù)。第二階段，以復(fù)合表面工程技術(shù)的出現(xiàn)和協(xié)同創(chuàng)新為主要特征，起到“1+1>2”的協(xié)同效果，例如熱噴涂與激光重熔復(fù)合。這種復(fù)合表面工程技術(shù)又被成為第二代表面工程技術(shù)。第三階段，以微納米材料和納米技術(shù)與傳統(tǒng)表面工程技術(shù)的結(jié)合和實用化為主要特征。目前已進(jìn)入實用階段的有納米電刷鍍、納米等離子噴涂、納米減摩自修復(fù)添加劑、納米固體潤滑膜、微納米涂黏技術(shù)以及表面納米化加工等。這就是第三代表面工程技術(shù)。表面工程的發(fā)展主要制備方法表面涂層與沉積表面自納米化混合方式表面納米化制備原理和方法表面納米化制備原理和方法表面涂層或沉積

首先制備出具有納米尺度的顆粒再將這些顆粒固結(jié)在材料的表面在材料上形成一個與基體化學(xué)成分相同(或不同)的納米結(jié)構(gòu)表層。這種材料的主要特征是納米結(jié)構(gòu)表層內(nèi)的晶粒大小比較均勻表層與基體之間存在著明顯的界面材料的外形尺寸與處理前相比有所增加。許多常規(guī)表面涂層和沉積技術(shù)都具有開發(fā)應(yīng)用的潛力如PVD、CVD濺射電鍍和電解沉積等表面自身納米化

對多晶材料，采用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(xì)化至納米最級。與其他兩種方式相比，它有其獨特的優(yōu)點：工藝簡單，成本低，易于實現(xiàn)；表面納米層結(jié)構(gòu)致密，無孔隙、污染等缺陷，化學(xué)成分與基體相同：所得納米結(jié)構(gòu)表層因具有梯度結(jié)構(gòu)．在使用過程中不易剝落、分離。

表面納米化制備原理和方法混合方式

將表面納米化技術(shù)與化學(xué)處理相結(jié)合，在納米結(jié)構(gòu)表層形成時，對材料進(jìn)行化學(xué)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。由于納米晶的組織形成，晶界的體積分?jǐn)?shù)明顯增大，為原子擴散提供了理想的通道，因此化學(xué)處理更容易進(jìn)行。表面納米化制備原理和方法材料表面自身納米化這里重點介紹材料表面自身納米化。所謂表面自身納米化，就是不用外界物資，通過一些技術(shù)手段使其表面形成納米尺度。表面自身納米化是通過熱、相變、重結(jié)晶或機械的方法處理材料的表面舊，導(dǎo)致材料表面粗晶細(xì)化至納米量級，在材料的表面形成與基體化學(xué)成分相同的納米結(jié)構(gòu)表層，而材料整體的化學(xué)成分或相組成保持不變，主要特征是：隨距離處理表面深度的增加，表面層微觀結(jié)構(gòu)呈梯度變化．一般納米材料表層與基體之間不存在明顯界面。實現(xiàn)表面自生納米化主要有兩種方法．即表面機械處理和非平衡加熱法。(1)表面機械處理法：在外加載荷作用下，材料表面粗晶結(jié)構(gòu)通過強烈塑性變形而逐漸細(xì)化至納米量級。理論上，能夠使材料表面產(chǎn)生多方向強烈塑性變形的表面機械處理技術(shù)(如噴丸、滾壓等)都具有實現(xiàn)表面自生納米化的潛力。該方法的晶粒細(xì)化機理類似于早前提出的用強烈塑性變形法(SeverePlasticDeformation，SPD)制備塊體納米晶材料的細(xì)化機理，主要是通過塑性變形以及位錯的運動來細(xì)化晶粒。材料表面自身納米化目前．用的比較多、相對比較成熟的方法有：表面機械研磨處理(SmT)超聲噴丸(USSP)、高能噴丸(HESP)、氣動噴丸等。另外，激光脈沖產(chǎn)生的沖擊波也可以使材料發(fā)生強烈的塑性變形。并促使晶粒細(xì)化。材料表面自身納米化(2)非平衡加熱法：將材料表面快速加熱，使材料表面溫度達(dá)到熔化、相變或分解溫度。然后進(jìn)行快速冷卻，利用動力學(xué)方法提高晶體形核速率，并抑制晶粒長大速度，從而在材料表面獲得納米晶體結(jié)構(gòu)。實現(xiàn)快速加熱和冷卻是納米晶體形成的關(guān)鍵。材料表面自身納米化表面自納米化組織結(jié)構(gòu)特征

目前的研究均表明，表面自納米化處理后，在材料上可獲得表面為納米晶、晶粒尺寸沿厚度方向逐漸增大的梯度結(jié)構(gòu)。一般將表面層分為四層：

納米結(jié)構(gòu)表層、

細(xì)化的亞微晶層、

變形細(xì)化的微晶層

基本沒有變化的基體材料表面自身納米化

納米結(jié)構(gòu)表層與基體之間沒有明顯的界面，處理前后材料的外形尺寸基本沒變。這種表面自身納米化技術(shù)，一方面克服了目前三維大尺寸納米晶體材料制備的技術(shù)困難，另一方面又將納米材料的優(yōu)異性能應(yīng)用到了傳統(tǒng)工程材料的表面改性技術(shù)中。因此這種新材料、新技術(shù)具有很大的工業(yè)應(yīng)用價值。材料表面自身納米化表面納米化改變了材料表面的組織和結(jié)構(gòu)．這不僅有利于提高材料的表面性能．而且對材料的整體性能也有相當(dāng)?shù)奶岣摺Ｄ壳?。對于納米結(jié)構(gòu)表層的力學(xué)性能，如強度、硬度、塑性與超塑性、沖擊韌度、彈性模量、疲勞