金属表面自身纳米化

目录内容概述1表面纳米化制备原理和方法2表面自身纳米化介绍3表面纳米化的应用前景4表面纳米化需要结局的问题5表面工程的发展表面工程的发展大致分为三个阶段：第一阶段，以单一表面工程技术的品种增加、工艺成熟为主要特征，包括堆焊、热喷涂、电镀、化学镀、化学热处理、离子注入、真空熔结、激光处理、电子束熔覆、PVD、CVD、黏涂、涂装等，它们也称为第一代表面工程技术。第二阶段，以复合表面工程技术的出现和协同创新为主要特征，起到“1+1>2”的协同效果，例如热喷涂与激光重熔复合。这种复合表面工程技术又被成为第二代表面工程技术。第三阶段，以微纳米材料和纳米技术与传统表面工程技术的结合和实用化为主要特征。目前已进入实用阶段的有纳米电刷镀、纳米等离子喷涂、纳米减摩自修复添加剂、纳米固体润滑膜、微纳米涂黏技术以及表面纳米化加工等。这就是第三代表面工程技术。表面工程的发展主要制备方法表面涂层与沉积表面自纳米化混合方式表面纳米化制备原理和方法表面纳米化制备原理和方法表面涂层或沉积

首先制备出具有纳米尺度的颗粒再将这些颗粒固结在材料的表面在材料上形成一个与基体化学成分相同(或不同)的纳米结构表层。这种材料的主要特征是纳米结构表层内的晶粒大小比较均匀表层与基体之间存在着明显的界面材料的外形尺寸与处理前相比有所增加。许多常规表面涂层和沉积技术都具有开发应用的潜力如PVD、CVD溅射电镀和电解沉积等表面自身纳米化

对多晶材料，采用非平衡处理方法增加材料表面的自由能，使粗晶组织逐渐细化至纳米最级。与其他两种方式相比，它有其独特的优点：工艺简单，成本低，易于实现；表面纳米层结构致密，无孔隙、污染等缺陷，化学成分与基体相同：所得纳米结构表层因具有梯度结构．在使用过程中不易剥落、分离。

表面纳米化制备原理和方法混合方式

将表面纳米化技术与化学处理相结合，在纳米结构表层形成时，对材料进行化学处理，在材料的表层形成与基体成分不同的固溶体或化合物。由于纳米晶的组织形成，晶界的体积分数明显增大，为原子扩散提供了理想的通道，因此化学处理更容易进行。表面纳米化制备原理和方法材料表面自身纳米化这里重点介绍材料表面自身纳米化。所谓表面自身纳米化，就是不用外界物资，通过一些技术手段使其表面形成纳米尺度。表面自身纳米化是通过热、相变、重结晶或机械的方法处理材料的表面旧，导致材料表面粗晶细化至纳米量级，在材料的表面形成与基体化学成分相同的纳米结构表层，而材料整体的化学成分或相组成保持不变，主要特征是：随距离处理表面深度的增加，表面层微观结构呈梯度变化．一般纳米材料表层与基体之间不存在明显界面。实现表面自生纳米化主要有两种方法．即表面机械处理和非平衡加热法。(1)表面机械处理法：在外加载荷作用下，材料表面粗晶结构通过强烈塑性变形而逐渐细化至纳米量级。理论上，能够使材料表面产生多方向强烈塑性变形的表面机械处理技术(如喷丸、滚压等)都具有实现表面自生纳米化的潜力。该方法的晶粒细化机理类似于早前提出的用强烈塑性变形法(SeverePlasticDeformation，SPD)制备块体纳米晶材料的细化机理，主要是通过塑性变形以及位错的运动来细化晶粒。材料表面自身纳米化目前．用的比较多、相对比较成熟的方法有：表面机械研磨处理(SmT)超声喷丸(USSP)、高能喷丸(HESP)、气动喷丸等。另外，激光脉冲产生的冲击波也可以使材料发生强烈的塑性变形。并促使晶粒细化。材料表面自身纳米化(2)非平衡加热法：将材料表面快速加热，使材料表面温度达到熔化、相变或分解温度。然后进行快速冷却，利用动力学方法提高晶体形核速率，并抑制晶粒长大速度，从而在材料表面获得纳米晶体结构。实现快速加热和冷却是纳米晶体形成的关键。材料表面自身纳米化表面自纳米化组织结构特征

目前的研究均表明，表面自纳米化处理后，在材料上可获得表面为纳米晶、晶粒尺寸沿厚度方向逐渐增大的梯度结构。一般将表面层分为四层：

纳米结构表层、

细化的亚微晶层、

变形细化的微晶层

基本没有变化的基体材料表面自身纳米化

纳米结构表层与基体之间没有明显的界面，处理前后材料的外形尺寸基本没变。这种表面自身纳米化技术，一方面克服了目前三维大尺寸纳米晶体材料制备的技术困难，另一方面又将纳米材料的优异性能应用到了传统工程材料的表面改性技术中。因此这种新材料、新技术具有很大的工业应用价值。材料表面自身纳米化表面纳米化改变了材料表面的组织和结构．这不仅有利于提高材料的表面性能．而且对材料的整体性能也有相当的提高。目前。对于纳米结构表层的力学性能，如强度、硬度、塑性与超塑性、冲击韧度、弹性模量、疲劳