專利名稱：一種表面納米晶化改性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面納米化改性的制備方法，屬于材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米晶體材料有較高的強度、韌性，可以大大增強體材料或材料表面的力學(xué)性能。W.H.Wang等提出一種從非晶相中獲取納米晶的方法(見Nanocrystallization of ZrTiCuNiBeC bulkmetallic glass under high pressure，W.H.Wang，D.W.He，D.Q.Zhao，Y.S.Yao，M.He，Appl.Phys.Lett.75(18)(1999)2770.)1、將大塊非晶放入液壓容器中，加溫至623K(或更高)；2、同時對樣品施加4GPa以上的壓強，在20分鐘到6小時以后，基體內(nèi)部將有納米尺寸的晶粒析出。
這種方法需要加熱樣品至遠(yuǎn)高于室溫的某一溫度，使非晶材料內(nèi)部晶化的壓力比較大，如高于4GPa，實際加工情況不易獲得；所析出的納米晶粒均勻分布在基體內(nèi)部。
熊天英等提出一種材料表面納米化處理處理方法(見氣固雙相流沖擊金屬材料表面納米化裝置及其應(yīng)用，申請?zhí)?3111200.5，公開號03111200.5.，申請日2003.03.19)1、制作一個可以用壓縮氣體噴射硬質(zhì)微粒的容器；2、將金屬樣品放在容器噴嘴的對面，然后用硬質(zhì)微粒接連轟擊金屬表面噴射距離5～50mm、氣體壓力0.4～3.0MPa、氣體溫度為室溫、氣體流量10～30g/s、送粉電壓5～30V，硬質(zhì)微粒粒徑為50納米～200微米。
該發(fā)明可以對形狀復(fù)雜或大平面的工件進(jìn)行表面納米化處理，且納米層分布均勻，處理后的納米層厚度可達(dá)0.5-50微米。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種材料表面納米晶化的處理辦法，采用常規(guī)液壓設(shè)備，在較低溫度下，在形狀復(fù)雜或大平面的工件表面制備一層納米晶粒層，而不影響工件基體本身的結(jié)構(gòu)和性能。
具體技術(shù)方案如下一種表面納米晶化改性的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟首先，在工件表面沉積一層非晶合金薄膜用作納米晶化的預(yù)備涂層；然后，將上述表面沉積了預(yù)備涂層的工件放入液壓室，在零下20℃到零上60℃的條件下，利用液壓設(shè)備在所述工件上施加一個恒定壓力，并在這個恒定壓力上疊加一個正弦或余弦調(diào)制的壓力，作用一段時間后，在所述工件表面的非晶合金薄膜中析出納米晶粒，其中硬度和強度較大的晶粒會移動并均勻分布到非晶層，即所述工件的表面，從而實現(xiàn)工件表面的納米晶化改性。
經(jīng)過本發(fā)明所述方法改性處理后，所述工件表面在耐腐蝕性能提高的情況下，表面強度和沖擊韌性等力學(xué)性能也得到增強。


圖1為實現(xiàn)本發(fā)明所述方法的一種裝置的示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖來進(jìn)一步說明本發(fā)明。
首先，在工件或材料表面采用薄膜制備技術(shù)沉積一層非晶合金薄膜，用作納米晶化的預(yù)備涂層，薄膜厚度約0.5至10微米。
然后，將所述上述表面沉積了預(yù)備涂層的工件或材料放入一灌滿油的液壓室里，如圖1所示，溫度在自然溫度范圍內(nèi)，約零下20℃到零上60℃。
利用液壓設(shè)備在所述工件上施加50～1000MPa的恒定壓力，并在此恒定壓力上疊加一個幅度為2MPa～50MPa，頻率為10～100Hz的正弦或余弦調(diào)制的壓力。所述恒定壓力主要根據(jù)選用的非晶合金材料的屈服強度來確定，即選擇所述非晶合金屈服強度附近±10％的壓力。
作用20分鐘～8小時后，在所述工件表面的非晶合金薄膜中析出納米晶粒，其中硬度和強度較大的晶粒會移動并均勻分布到非晶層，即所述工件的表面，從而實現(xiàn)工件表面的納米晶化改性。
實驗結(jié)果顯示簡單的正弦和余弦分量就可以使非晶合金發(fā)生納米晶化，并使納米晶移動到工件表面。處理完畢后卸載所加壓力，將所述工件洗凈、去油，即可使用。
下面舉個具體的實例。
首先，在船用發(fā)動機渦輪葉片表面采用濺射沉積技術(shù)沉積一層CuTa非晶合金薄膜，用作納米晶化的預(yù)備涂層，薄膜厚度約0.5至10微米。
然后，將所述上述葉片放入一灌滿油的液壓室里，在溫度為20～30℃的條件下，利用液壓設(shè)備在所述葉片上施加300MPa的恒定壓力，并在這個恒定壓力上疊加一個幅度為20MPa，頻率20Hz的正弦或余弦調(diào)制的壓力。作用2小時后，在所述葉片表面的非晶合金薄膜中析出Cu和Ta的納米晶粒，其中Ta的晶粒會移動并均勻分布到葉片的表面，從而實現(xiàn)葉片表面的納米晶化改性。
權(quán)利要求
1.一種表面納米晶化改性的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟首先，在工件表面沉積一層非晶合金薄膜用作納米晶化的預(yù)備涂層；然后，將上述表面沉積了預(yù)備涂層的工件放入液壓室，在零下20℃到零上60℃的條件下，利用液壓設(shè)備在所述工件上施加一個恒定壓力，并在這個恒定壓力上疊加一個正弦或余弦調(diào)制的壓力，作用一段時間后，在所述工件表面的非晶合金薄膜中析出納米晶粒，其中硬度和強度較大的晶粒會移動并均勻分布到非晶層，即所述工件的表面，從而實現(xiàn)工件表面的納米晶化改性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面納米晶化改性的方法，其特征在于利用液壓設(shè)備在所述工件上施加的恒定壓力主要根據(jù)選用的非晶合金材料的屈服強度來確定，即選擇所述非晶合金屈服強度附近±10％的壓力。
全文摘要
一種表面納米晶化改性的方法，屬于材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域。為了在較低溫度下，在工件表面制備納米晶粒層，而不影響工件本身的結(jié)構(gòu)和性能，本發(fā)明提出了表面納米晶化改性的方法，包括如下步驟在工件表面沉積一層非晶合金薄膜；將上述工件放入液壓室，在－20℃～60℃下，利用液壓設(shè)備在工件上施加一個恒定壓力，并在這個恒定壓力上疊加一個正弦或余弦調(diào)制的壓力，作用一段時間后，在工件表面的非晶合金薄膜中析出納米晶粒，其中硬度和強度較大的晶粒會移動并均勻分布到非晶層，即所述工件的表面，從而實現(xiàn)工件表面的納米晶化改性。經(jīng)過改性處理后，工件表面在耐腐蝕性能提高的情況下，表面強度和沖擊韌性等力學(xué)性能也得到增強。
文檔編號C21D7/00GK1712549SQ20051001185
公開日2005年12月28日 申請日期2005年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月3日
發(fā)明者曾飛, 潘峰, 李冬梅, 文勝平 申請人:清華大學(xué)