表面机械研磨/异步轧制无取向硅钢薄带的渗硅行为

对w(Si)=3%无取向硅钢进行表面机械研磨处理(SMAT)和异步轧制(CSR),获得表面纳米结构,再进行550～650℃、4 h固体粉末渗硅处理,用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)研究表层组织演变。结果表明:经过SMAT后,w(Si)=3%无取向硅钢表面形成了等轴状、取向呈随机分布的、晶粒尺寸为10 nm的纳米晶组织;异步轧制后,表面纳米晶组织保持不变;550～650℃、4 h渗硅处理后,SMAT+CSR样品表面形成化合物层,其厚度随着温度的升高由17μm增加到52μm;化合物层由Fe3Si和FeSi相组成.

3%无取向硅钢薄板的表面纳米化结构与性能

为了探索金属薄板表面纳米化制备方法,本工作选取3%无取向硅钢热轧板进行表面机械研磨处理(SMAT)和异步轧制(CSR),研究深度方向结构和硬度的变化.结果表明:SMAT过程中,3%无取向硅钢通过位错的演变,在表面形成了等轴状、尺寸约为10 nm的、取向呈随机分布的纳米晶,纳米晶层厚度约为20μm;SMAT样品经过CSR后,表面的显微组织基本不变,但纳米晶层的厚度明显减小;SMAT和CSR处理使表面硬度显著提高(约为85%).本工作表明,SMAT与CSR复合工艺可以制备大尺寸的、具有纳米结构表层的金属薄板.

1Cr18Ni9Ti不锈钢剪切变形诱发的表面纳米化

对1Cr18Ni9Ti板材进行球磨处理,利用光学显微镜、X射线衍射和透射电镜研究剪切变形方式下深度方向的组织演变.结果表明,剪切变形可以在1Cr18Ni9Ti中诱发表面纳米化,其过程包括:奥氏体内通过位错的增殖、运动、湮灭和重组形成具有亚微米尺度的、取向差较小的位错胞;位错胞壁不断吸收位错而转变成小角度和大角度晶界,将原始粗晶分割成亚微晶;应变量和应变速率的增加诱发机械孪生,形成纳米量级的板条状马氏体;细化组织重复上述过程使晶粒尺寸减小、取向差增大,最终形成等轴状、取向呈随机分布的纳米晶组织.外力作用方向并未改变纳米化过程,但会影响变形层的厚度.

深冷球磨及真空热压制备块体Al及Al-Al_2O_3纳米晶体材料

利用深冷球磨及真空热压技术制备块体Al及Al-Al2O3纳米晶体材料,采用X射线衍射测定晶粒尺寸,利用扫描电镜对材料的微观组织进行观察,并测定了所制备材料的显微硬度和抗拉性能.研究结果表明:经深冷球磨14 h后,Al粉末颗粒的平均晶粒尺寸由50μm变化到43 nm.块体纳米Al晶体材料的显微硬度随烧结温度升高而下降,加入纳米Al2O3颗粒后显微硬度约为粗晶纯Al显微硬度的4倍;块体纳米Al晶体材料的抗拉强度极限σb为265 MPa,加入纳米Al2O3颗粒后的抗拉强度为322 MPa,比纳米纯Al晶体材料提高了22%.

表面喷丸硅钢的低温渗硅与参数的影响

为了用表面纳米化简化硅钢渗硅工艺及确定渗硅参数的影响,对硅钢进行了喷丸和固体粉末渗硅,用透射电镜、扫描电镜和X射线衍射等测试组织、物相和成分.结果表明:硅钢经过喷丸后,表面形成了具有随机取向的纳米晶,平均晶粒尺寸约为10 nm.在硅粉+卤化物中,喷丸样品于550℃即可实现固体渗硅.提高渗硅温度和在较高的温度下延长保温时间均能显著地增加渗硅层厚度,而卤化物含量的影响不大.经过固体渗硅后,渗硅层由Fe Si和Fe3Si两相组成,其中较高的温度和卤化物含量易得Fe Si相,而较低的温度和卤化物含量易得Fe3Si相.

无取向硅钢表面纳米结构的渗硅行为

对3%无取向硅钢进行表面机械研磨处理(SMAT),获得表面纳米结构,再进行550～650℃、4h固体粉末渗硅处理,用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)研究表层组织演变。结果表明:经过SMAT后,3%无取向硅钢表面晶粒尺寸降低至10nm左右,纳米晶层厚度约为20μm。经过550～650℃、4h渗硅处理后,SMAT样品表面形成化合物层,其厚度随着渗硅温度的升高由27μm增加到150μm。化合物层由FeSi和Fe3Si两相组成,其中FeSi相随着渗硅温度的升高而逐渐增加。

钢铁材料的表面纳米化

表面纳米化技术能通过往复加载使钢铁材料表面发生强烈塑性变形而实现纳米化,在表面形成纳米-微米梯度结构。这种独特的结构既能为研究形变诱发的纳米化机理和宽尺寸范围内结构与性能关系提供理想样品,又能显著地提高钢铁材料整体的综合性能和服役行为,因此可望在工业上取得实用。表面纳米化因丰富的学术和应用价值得到国内外广泛关注,并已成为纳米材料研究的一个重要方向,因此从制备、结构、性能和化学处理等方面介绍表面纳米化研究工作已取得的进展。

表面纳米化硅钢薄带的低温渗硅与参数的影响

对硅钢依次进行喷丸、冷轧和固体粉末渗硅,测试了表层的组织、物相和成分。结果表明:喷丸后硅钢表层产生尺寸为10 nm左右的纳米晶,91%的冷轧使表层纳米晶的尺寸略有增加。冷轧样品(在硅粉+卤化物中)在500oC即可实现渗硅,提高渗硅温度或在较高的温度下延长保温时间均能增加化合物层的厚度,而卤化物的含量影响不大。在较低的温度渗硅后化合物层为单一的Fe3Si相,随着温度的升高、时间的延长以及卤化物含量的增加Fe Si相的含量提高。

剪切变形方式下低碳钢表面纳米结构的形成

对低碳钢板材进行表面球磨处理,利用电子显微术研究剪切变形方式下深度方向的组织演变。结果表明,低碳钢的纳米化过程包括:位错通过增殖、运动、湮灭和重组形成位错墙;位错墙逐渐转变成小角度和大角度晶界,将原始粗晶分割成亚微晶;亚微晶内重复上述过程使晶粒继续细化,最终形成等轴状、取向接近随机分布的纳米晶组织。外力作用方向并未改变纳米化过程,但会影响变形层的厚度。当晶粒处于有利于滑移系开动的取向时,可以加快纳米化进程。

异步轧制硅钢薄带的固体渗硅

为了探索利用轧制技术在板材表面获得纳米结构，并以此降低渗硅温度和卤化物质量分数，取硅质量分数3.0%硅钢和硅质量分数0.5%硅钢依次进行异步轧制和固体渗硅，对组织、物相和成分进行测试分析。结果表明，经过大压下量的异步轧制后，2种薄带的表面均形成了纳米晶，晶粒尺寸分别为50和70～120 nm。硅粉＋质量分数5%卤化物在500℃以上即可实现固体渗硅，原始板材中较高的硅质量分数有助于降低渗硅的初始温度。提高渗硅温度及在较高的温度下延长保温时间均可增加渗硅层厚度，而卤化物质量分数的影响不大。随着温度和卤化物质量分数的增加，渗硅层物相依次为：Fe3Si→FeSi＋Fe3Si→FeSi。