梯度纳米晶结构材料变形机制的理论模型研究

针对纳米晶材料拥有较高强度但是塑性较低的问题,对高塑性的纳米晶材料进行了归纳,对高强度高塑性的梯度纳米晶材料的微观结构和变形机制进行了研究。提出了一个基于晶粒尺寸和晶界取向角的新理论模型讨论晶粒大小为20 nm^300 nm的梯度纳米晶结构的变形机制。研究了晶界滑移过程中晶界上位错的堆积情况,描述了晶界滑移和晶界迁移的能量特征。根据晶粒大小和晶界取向角这两个参数,通过能量法计算并定量分析了晶界滑移与晶界迁移能量特征之间的关系。研究结果表明,在梯度纳米晶材料中存在两种主要变形机制,相互竞争的两种变形机制最终导致梯度纳米晶材料不仅强度高而且韧性好;晶粒尺寸小于170 nm时主导变形机制为晶界迁移,大于170 nm时主导变形机制变为晶界滑移。

表面梯度纳米晶结构对06Cr19Ni10钢抗空蚀性能的影响

目的对06Cr19Ni10钢进行表面剧烈塑性变形处理,利用获得的表面梯度纳米晶结构提高其抗空蚀性能。方法采用高能喷丸法,在0.3~0.6 MPa范围内调节喷丸压力,获得不同组织结构的梯度纳米晶结构。使用光学显微镜、透射电镜、X射线衍射仪和显微硬度计对梯度纳米晶结构进行形貌、物相分析及截面硬度分析,使用电化学工作站和自制的空蚀检测仪对梯度纳米晶结构进行抗腐蚀性能及抗空蚀性能检测。结果截面金相表明,通过调节喷丸压力,可以在06Cr19Ni10钢表面形成一层厚度为50~100µm的梯度纳米晶结构。XRD结果显示,喷丸处理可以使(111)、(200)、(220)、(311)、(222)晶向的衍射峰明显宽化。通过Voigt函数法计算可知,梯度纳米晶结构的顶层晶粒尺寸为32~87 nm,表面硬度由180HV0.05提高至360~525HV0.05。此外,喷丸处理可以提高06Cr19Ni10钢的自腐蚀电位至‒0.385 V(vs.SCE),降低其自腐蚀电流密度至3.512µA/cm^(2),明显延长其空蚀孕育期,最大抗空蚀系数约为未处理试样的12.92倍。结论梯度纳米晶结构可以全面提高06Cr19Ni10钢的表面特性,显著提高其抗空蚀性能。

表面纳米化对纯钛阳极氧化膜组织及特性的影响

通过表面机械研磨处理(SMAT)制备了表面梯度纳米晶结构,研究了表面纳米化对纯钛阳极氧化膜的表面组织及特性的影响。在30 V恒电位模式、0.5 mol/L H_(2)SO_(4)溶液中进行不同时长的阳极氧化处理。使用光学显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、光电子能谱及电化学测试研究氧化膜的表面特性及腐蚀抗性。结果表明,梯度纳米晶结构可以增加氧化膜的厚度,促进结晶行为,提高抗腐蚀性。阴阳离子空位凝聚机制能够解释梯度纳米晶结构对抗腐蚀性的影响。