高能弹丸轰击诱导金属表面纳米化设备研制

摘要

表面纳米化是通过采取特定的方法在金属材料的表面加工生成出具有特殊性能的纳米层，使其表面产生纳米化的效果，那么就可以延长金属材料的使用寿命，提高各种机械性能。表面自身纳米化是当金属表面受到重复的不平衡性载荷的刺激，表层的晶体结构会产生剧烈的塑性变形，材料中原有的粗大晶粒发生超微细化并达到纳米量级。
　　课题中利用高能弹丸轰击诱导金属表面纳米化的方法简单可靠，能使弹丸获得超高能量，提高纳米化效率，可以在金属表面制得一层较厚的分布均匀的纳米层，其机械性能足以达到目标要求，设备成本低，能够应用于研究或生产当中。课题在满足目标要求的基础上，完成高能弹丸轰击诱导金属表面纳米化设备的研制，包括理论分析计算，建立纳米化设备各零件的三维模型，然后进行虚拟装配，对纳米化设备重要零部件进行有限元分析，验证设计的合理性，根据二维工程图加工出实物零件并完成装配。表面纳米化设备样机加工装配完成后，为确保样机能够实现所要求的功能特征，需要对整机和重要零部件进行调试以及部分性能测试。
　　在对不同材料的工件试样进行了不同参数下的高能弹丸轰击诱导表面纳米化的实验之后，配合运用粗糙度仪、显微硬度仪对工件的粗糙度、硬度进行测试，利用金相分析(OM)、X-射线衍射(XRI))技术及透射电镜(TEM)分析工件试样表面纳米化的显微结构特征。结果表明，经过高能弹丸轰击诱导金属表面纳米化的处理，可以在试样表面制备出厚度约为50um、晶粒尺寸为10nm左右的纳米层，为表面纳米化的研究奠定了基础。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 纳米材料的介绍

1．3 表面纳米化的原理和制备方法

1．4 表面纳米化的研究现状

1．5 课题研究的意义及前景

1．6 课题研究的内容

2 高能弹丸轰击诱导金属表面纳米化设备的总体方案

2．1 金属表面自身纳米化的解决方案

2．1．1 金属表面自身纳米化的方法及设备

2．1．2 高能弹丸轰击诱导金属表面纳米化设备工作原理

2．2 技术要求及技术指标

2．2．1 设备的技术要求

2．2．2 设备的技术指标

2．3 高能弹丸轰击诱导金属表面纳米化设备设计原则

2．4 高能弹丸轰击诱导金属表面纳米化设备总体方案

2．4．1 设备结构方案的确定

2．4．2 基于proe的设备装配体模型的建立

2．5 高能弹丸轰击诱导金属表面纳米化设备特点

2．6 本章小结

3 主机的结构设计

3．1 主机结构组成

3．2 叶轮的设计

3．2．1 叶轮结构设计

3．2．2 弹丸初速度的理论分析

3．2．3 叶轮的有限元分析

3．2．4 叶轮的动平衡试验

3．3 定向环的结构

3．4 叶轮的驱动装置设计

3．4．1 电机选型

3．4．2 窄V带传动的设计计算

3．5 工作台的设计

3．5．1 曲柄摇杆机构的设计

3．5．2 夹具的结构设计

3．6 实验验证

3．6．1 弹丸初速度验证实验

3．6．2 定向环开口大小对弹丸集中性的影响实验

3．7 本章小结

4 弹丸循环系统的设计

4．1 螺旋输送

4．1．1 螺旋输送机结构设计

4．1．2 螺旋输送机机理分析

4．1．3 螺旋输送机参数确定

4．1．4 驱动装置选型

4．1．5 联轴器选型

4．1．6 螺杆刚度的有限元分析

4．2 带式输送

4．2．1 带式输送机结构设计

4．2．2 带传动的设计计算

4．2．3 驱动装置选型

4．2．4 侧板刚度的有限元分析

4．3 本章小结

5 纳米化实验

5．1 实验材料

5．2 实验结果和分析

5．2．1 粗糙度检测

5．2．2 金相实验

5．2．3 X-射线衍射分析

5．2．4 透射电镜(TEM)微观组织观察

5．2．5 显微硬度测量

5．3 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况