金属材料表面自纳米化技术研究★张顺，丁亚茹（内蒙古机电职业技术学院，内蒙古呼和浩特010051）摘要：金属表面自纳米化技术具有方法简单、处理成本低等优点，适用于各种金属材料，其市场开发空间广阔。鉴于此，针对表面自纳米化对金属表面组织及性能的影响情况进行研究分析。研究表明：金属表面自纳米化技术是在材料表面施加冲击载荷，使其发生塑性变形，进而形成一定厚度的纳米晶；处理后的材料表层组织呈阶梯状变化，分为纳米层、细亚晶塑变层、粗晶应变层、基体层；通过表面自纳米化处理，材料表面的粗糙度、平整度和缺陷数量发生明显变化，进而使残余应力、摩擦磨损性和疲劳性能得以改善。关键词：表面自纳米化；塑性变形；疲劳性能；摩擦磨损性能中图分类号：TG17文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）05-0071-031研究目的及意义金属表面自纳米化是由卢柯与吕坚共同提出来的[1]，金属材料表面受到冲击载荷作用后产生塑性变形，从而在材料表层一定深度范围内形成纳米结构，但材料内部并没有受到塑性变形的影响而依然保持着原有的粗晶粒状态和化学成分。自从该技术提出以来，各国学者分别在低碳钢、不锈钢、铜合金、钛合金、镁合金、铝合金等材料表面成功制备了一定厚度的纳米级晶粒，对各自的纳米化形成机理、组织演变进行了表征，并通过拉伸实验、显微硬度测定等方法对处理前后的材料性能进行了对比，发现处理后的金属材料的强度、表面硬度、摩擦磨损、疲劳强度等性能会显著提升，从而使金属材料的使用性能得以提升[2]。该技术具有方法简单、处理成本低等优点，适用于各种金属材料[3]，其市场开发空间广阔，因此本文结合金属材料表面自纳米化的特点，对其组织和性能进行了研究。2表面自纳米化表面自身纳米化的主要方法之一为表面机械（加工）处理法。表面机械（加工）处理法操作简单，操作设备对环境要求较低，常见的方法有超声冲击法和喷丸法。如图1所示为超声冲击处理法原理图，通过超声冲击针反复冲击材料表面，使材料表层发生大量塑性变形，表层晶粒呈阶梯状分布，由表及里逐渐增大，直至不发生变化。喷丸处理等其他处理方法与超声冲击处理方法相似，都在金属表层生成一定厚度的塑性变形层。表面自纳米化处理与化学热处理和普通热处理相结合，可以使金属材料获得更好的力学性能。在金属材料表面完成自纳米化处理后，会在金属表面一定深度的范围内形成表面纳米晶，为化学热处理提供快速扩散通道，减小扩散时间，降低扩散温度，增大渗...
