表面纳米化

特点

①纳米属材料由于晶粒细小，界面密度高，表现出独特的力学性能和物理化学性能。因此，利用纳米金属的优异性能对传统工程金属材料进行表面结构改良，即制备出一层具有纳米晶体结构的表面层，提高工程材料的综合力学性能和环境服役行为

②由于表面纳米层晶界密度高，晶界作为易快速扩散传质的通道，可以降低渗碳、渗氮的温度，缩短渗透时间，改善渗层质量

③另外，表面纳米化还可有效抑制裂纹萌生，内部粗晶组织可减缓其扩展，提高材料的抗疲劳强度

制备

方法

传统的纳米金属制备方法，如金属蒸发凝聚-原位冷压成形法、机械研磨法、非晶晶化法和电解沉积法等，由于制备技术复杂、成本太高，限制了纳米材料在工业上的实际应用。近年来，随着高速、高精确度喷丸投射机的开发成功，利用喷丸技术可成功实现金属表面的纳米化。目前利用超音速喷丸技术，已可以在平板类、轴类、发动机的叶片等复杂工件上实现表面纳米化

举例

①对316L不锈钢表面进行30s的轰击后，表层显微组织形成了结晶位向为任意取向的纳米晶相，晶粒平均尺寸为10nm，硬化层深度达5～30μm

②将SS400钢对接接头进行高能喷丸处理，其硬度和疲劳寿命得到显著提高：母材HAZ和焊缝三个区域表层的硬度在喷丸处理前分别为148HV、212HV和277HV，处理后增加为494HV、501HV和483HV。疲劳试验结果显示，当疲劳寿命为2×10⁶周时，高能喷丸处理使焊接接头的疲劳强度提高了79%

③采用高能喷丸技术对工业纯钛进行表面纳米化处理，发现喷丸时间对材料的塑性变形和显微硬度有明显的影响(见图a和图b)