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表面纳米化对金属材料耐磨性的影响分析

2019-11-29姚翔

大众投资指南 2019年3期
关键词:金属表面抗疲劳耐磨性

姚翔

(池州学院,安徽 池州 247000)

前言

表面纳米化技术具有三大优势。第一,实现材料表面纳米化的操作简单,只需运用常规的表面处理方式就能实现;第二,表面纳米技术不会造成基体组织与表面纳米组织的连接处的分离;第三,表面纳米化既适用于金属材料整体,还能改造它的局部性质。

一、表面纳米化的原理

研究表明,实现表面纳米化的方式有两种,一种是非平衡加热法,另一种是表面机械处理法。本文以后一种方法为例,具体分析实现表面纳米化的工作原理。

表面机械处理法是通过提升金属材料表面的自由能力来达到塑性变形、颗粒细化的目的。接触应力作用于金属表面会激活某种滑移系,生成高密度的位错。如果改变接触应力的方向,位错方向也随之改变。

表面纳米化的形成过程为:第一,金属表面在接触应力作用下产生剪切带;第二,晶界由小变大,生成独立的小晶粒;第三,相邻晶粒间发生取向变化。通过一系列循环作用,材料表面的晶粒升级变换为纳米材料,完成表面纳米化的工作。

二、表面纳米化对金属耐磨性的影响

总而言之,表面纳米化技术通过对金属材料表面的原子结构和组织进行重新改变,以此来提高金属材料的耐磨性。金属耐磨性主要受自身构成元素影响,详细阐释见下文。

(一)影响金属材料表面的力学性能

表面纳米技术就像是为金属表面建立一层保护罩一样,通过保护罩的防护作用减少外部磨损,提高金属耐磨性,由因为保护罩是金属表面的,所以不会改变材料的内部结构,而这层保护罩就叫作纳米层。对低碳钢的进行表面纳米化,至少能将它的刚度提高三倍。实验证明,只需要对低碳钢进行90分钟的纳米化处理,它的延伸性。屈服强度都能发生显著变化,其他数据变化微乎其微;如果进行180分钟的纳米化处理,延伸率仅下降4%,但是屈服度提升了近40%。同时,316L不锈钢进行表面纳米化处理的实验结果和上述实验相近,不锈钢的屈服强度会增强到170 Mpa。

(二)影响金属材料表面的抗疲劳性

表面纳米化处理技术有利于提高金属的坚硬度,使其强于其内部的硬度。然而,通过用增强金属坚硬度的方法来提高其耐磨性也是有一定的不良影响的。金属疲劳是指金属零件在长期使用过程中会出现裂缝,如果补救不及时,那么金属可能出现断裂的情况,在进行表面纳米化后,纳米晶结构能够有效地防治裂缝的出现,在根源处提高金属的抗疲劳性能。

通过GGr15钢进行耐磨性检测的过程中,发现在其表面纳米化处理的15分钟后,其自身的退火耐磨性增强了一倍。同时,在对20钢的纳米化检测实验中,对金属材料、流失等要素进行观测,并测试了20钢的耐磨情况,结果表明在进行纳米化处理后,20钢的表面硬度有了巨大的改观,然而在运用抛光处理后,其强度再次出现升高的现象,同时表层的活性显著提升,这极大地促进了其金属耐磨性的提升。

(三)影响金属材料表面的抗腐蚀性

在对金属进行纳米化处理后,金属的稳定性有了明显的提升,同时,其表面材料相关参数也有了变化,实现了耐磨性的提高。金属零件在服役过程里,如果温度上升,那么金属纳米结果的稳定性也会随之升高,但是抗腐蚀性和磨性则与之相反。在0Cr18Ni9 不锈钢的实验中,运用纳米化处理的同时改变其温度和时间等因素,会发现当温度低于500度时,金属表面的晶粒体尺寸会保持原样,其硬度无显著变化。但是当温度高于500度时,其硬度下降,因为其表面原子结构和组织在加工、作用的情况下,产生了结晶。在1Cr18Ni9Ti 不锈钢的纳米晶组织的实验中,当其处于3.5%NaCl 溶液中,能够有效地提高其动电位极化,同时抗腐蚀性提高。然而,在对316L 不锈钢进行纳米化后,其抗磨性程度则会降低。

因此,因此金属的成分不同,其表面纳米化的实施效果也不同。对活性金属进行表面纳米化处理后,能够提高其抗腐蚀的能力;但是惰性金属在纳米化处理后,可以在表面形成稳定的钝化膜,不仅抗腐蚀性程度提高,而且其耐磨性也会相应地提升。

三、表面纳米化的发展趋势

金属材料纳米化处理技术因为其独特的优势,在工业生产中应用广泛,可以预见的是,在未来,我国的工业技术在纳米技术的促进下,坚持可持续发展的政策,将会实现突破性的发展。

(一)金属表面纳米化能够提升金属零件的耐腐蚀性、耐磨性、抗疲劳性等,延长其使用寿命,降低工业成本。

(二)按照表面纳米化技术原理,在进行沉积、电镀等手段应用时,可以有效促进纳米晶的粗糙度和活性的完美结合,从而推广出更多的高性能金属材料。

(三)化学方式和表面纳米化技术共同运用,能够降低工业金属材料处理的花销,而且还能提高金属的耐磨性和抗腐蚀性。当在化学方式中运用表面纳米化技术进行辅助时,能够在金属材料表面生成负向表层,从而有望研发出昂贵金属的新型替代品。

(四)纳米技术应用在异种金属焊接技术里,通过纳米经理自身的扩散性和塑造性,能够提高焊接效率,并能降低焊接时的温度,以此实现对金属焊接工艺的全面把握。促进纳米化技术在焊接中的运用,可以克服传统焊接技术中的不足,提高焊接效率,增强异种金属焊接的性能,对于促进金属工程的发展具有重要意义。

四、结语

表面纳米化,对于提高金属材料的性能、实现工业科研成果的跨越式发展具有关键性的作用。金属的耐磨性受其自身元素构成、抗腐蚀程度和抗疲劳能力等影响,所以表面纳米化在工业金属处理中的效果会根据金属特性的不同而出现差异。但是,表面纳米化可以有效地提高金属的耐磨性,增强表层材料惰性,以此促进抗腐蚀性的提升。因此,未来表面纳米化的快速发展,必须要建立在对金属材料性质的全面把握之上。

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