立方结构金属表面纳米化的微观机制与结构表征

Mechanism and Structural Characterization of Surface Nanocrystallization of Cubic Metal

项目批准号：50071061

中国科学院金属研究所　刘刚

　　纳米材料表现出优异的功能特性，在工程金属材料上有着巨大的开发应用潜力。现有纳米材料制备方法因生产技术、成本和材料尺寸、缺陷所限，在工程金属材料上还未能取得实质性的应用。本项研究期望能够深化对纳米化理论的认识，为利用表面纳米化优化材料的组织和性能提供切实可行的途径。

● 主要研究成果 (1) 利用表面加工技术(图1) 在几种常规工程金属材料上制备出纳米结构表层；样品表面光亮，粗糙度<±2 mm。 (2) 样品表面通过各种方向的强烈塑性变形产生自纳米化，纳米结构表层厚度为几十微米，晶粒尺寸在加工面为10 nm，并沿厚度方向逐渐增大(图2)。 (3) 表面纳米化材料的表面强度和硬度提高数倍；材料整体强度明显提高，韧性只略有下降(图3) ；在中高载荷下，材料的耐磨擦磨损性能显著提高(图4)；表面纳米化样品在大气中长期放置不发生腐蚀；金属焊缝附近组织与性能实现均匀化，材料的疲劳寿命明显提高(~ 1个数量级)。

1. 本项研究的创新点在于结合织构理论研究晶粒纳米化及纳米晶界面形成的微观机制。

2. 此项技术被国际权威学者称为"今后几年内最有可能取得实际应用的几种纳米材料制备技术之一"。

3. 表面纳米化技术在工业上易于实现，为明显地提高工程金属材料的整体性能和服役行为提供了可行的

   途径，可望近年内在工程材料上取得实际应用。

● 代表性论文

      [1] G. Liu, J. Lu, K. Lu, Mater. Sci. Eng. A, 2000, 286, 91.

      [2] G. Liu, S. C. Wang, X. F. Lou, J. Lu, K. Lu, Scripta Metall. 2001, (in print).

      [3] 刘刚，梁志德，卢柯, 物理学报，2000, 49, 1520.

工程与材料科学部、国际合作局 主办
数理科学部、化学科学部 协办