超声表面滚压纳米化技术研究现状

摘要

传统表面纳米化多采用机械处理法,利用剧烈的塑性变形(SPD)使材料表面生成高强度、高硬度的纳米层,但其表面粗糙度高且存在严重集中的应力变形。超声表面滚压(USRP)纳米技术中,滚压头按照预定路线处理材料表面,能同时改善表面粗糙度和强度、硬度。介绍了USRP表面纳米化工艺机理和工艺参数。USRP引起晶体缺陷反复湮灭与再生,高位错能材料以“位错分割”方法细化晶粒至纳米量级。结合国内外现状,联合晶粒细化机理分析USRP处理前后材料性能的变化,包括表面粗糙度和残余应力、扩散性能、耐腐蚀性能、抗疲劳性能和耐磨损性能。综合阐述了USRP复合工艺对材料性能的影响,包括等离子氮化(PN)、高能离子注渗技术(HEII)、加热辅助等。剧烈塑形可增加材料表面活性,加速渗氮反应进行;USRP+HEII处理后,高转速下未出现疲劳磨损,材料的耐磨性能和疲劳性能提高;加热辅助USRP可实现晶粒细化和应变强化;Al2O3粉末结合USRP可实现表面纳米化和高硬度Al2O3薄膜。最后对USRP技术进行了展望,可深入研究中低层错能纳米化机理,强化USRP工艺标准研究,加快USRP复合工艺的发展。