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定向凝固条件下Ti_(3)Al合金中梯度纳米结构的形成机制与力学行为——原子尺度研究 被引量:1
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作者 邹鹏飞 李昌 +5 位作者 侯兆阳 Jia-yi SUN 高全华 李克凡 王真 Ke-jun DONG 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第5期1507-1519,共13页
通过分子动力学(MD)模拟方法对Ti_(3)Al合金在定向凝固条件下的生长机理进行系统研究,并通过对比纳米晶(NG)、粗晶(CG)和梯度纳米晶(GNG)合金,研究Ti_(3)Al合金的结构力学性能。结果表明,在凝固过程中Ti_(3)Al相优先生长为等轴晶组织,... 通过分子动力学(MD)模拟方法对Ti_(3)Al合金在定向凝固条件下的生长机理进行系统研究,并通过对比纳米晶(NG)、粗晶(CG)和梯度纳米晶(GNG)合金,研究Ti_(3)Al合金的结构力学性能。结果表明,在凝固过程中Ti_(3)Al相优先生长为等轴晶组织,随后逐渐演变为柱状粒,并最终形成梯度纳米晶结构。此时,晶粒在与凝固方向平行的方向优先生长。此外,研究还发现,相较于NG和CG结构,GNG结构定向凝固合金具有更高的抗拉强度和更好的延展性。GNG结构不仅有效抑制了小晶粒区域的应变局域化和晶粒生长,而且促进了较大晶粒区域的位错形成,从而获得更好的力学性能。 展开更多
关键词 定向凝固 Ti_(3)Al合金 分子动力学模拟 梯度纳米结构
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梯度纳米结构轴承钢的高温摩擦磨损行为
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作者 徐笑笑 梁斐 +3 位作者 张亚平 林研 陈翔 赵永好 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期77-87,共11页
高温轴承作为航空发动机和高铁转向架等重大机械装备的核心支承构件,其表面高温磨损失效成为制约高温轴承可靠性和耐久性的关键瓶颈问题。因此,实现高温轴承表面减摩耐磨对于国民经济和国防安全具有重要的战略意义。采用表面机械滚压技... 高温轴承作为航空发动机和高铁转向架等重大机械装备的核心支承构件,其表面高温磨损失效成为制约高温轴承可靠性和耐久性的关键瓶颈问题。因此,实现高温轴承表面减摩耐磨对于国民经济和国防安全具有重要的战略意义。采用表面机械滚压技术在CSS-42L轴承钢表面构筑梯度纳米结构(GNG),通过结构表征、高温摩擦磨损测试、磨痕形貌和亚表层结构演化分析研究GNG CSS-42L轴承钢的高温摩擦磨损行为。研究发现,轴承钢最表层的平均晶粒尺寸约为25 nm,并随深度增加而逐渐增大。对GNG CSS-42L轴承钢进行室温(25℃)至500℃范围内的高温摩擦试验,并与粗晶(CG)CSS-42L轴承钢的摩擦磨损性能相比较。结果表明,在室温25℃至350℃范围内,相比于CG CSS-42L轴承钢,GNG CSS-42L轴承钢的摩擦因数和磨损率同时降低,而500℃下两种材料的摩擦磨损性能几乎一致。通过对两种材料磨痕表面形貌和亚表层结构分析发现,GNG CSS-42L轴承钢的高耐磨性归功于梯度纳米层的高硬度和良好的应变协调能力可以有效抑制应变局域化。500℃时,GNG CSS-42L轴承钢磨痕表面发生明显氧化,氧化层的剥落导致材料磨损加剧。研究结果可以为高温轴承表面延寿提供新的研究思路和试验依据。 展开更多
关键词 梯度纳米结构 CSS-42L轴承钢 高温摩擦 氧化层 微观结构演化
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梯度纳米结构材料疲劳性能的研究现状
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作者 刘洋 吴利翔 +4 位作者 王诗槐 马海滨 葛洪恩 廖业宏 任啟森 《热加工工艺》 北大核心 2024年第16期15-19,共5页
在原始晶粒尺寸较大的基体上构建一层梯度纳米结构层可有效提升材料疲劳性能已得到证实。介绍了表面纳米化技术制备工艺方法,并对其特点进行描述。随后总结了不同制备工艺、不同交变应力状态梯度纳米结构材料疲劳性能研究结果,并就梯度... 在原始晶粒尺寸较大的基体上构建一层梯度纳米结构层可有效提升材料疲劳性能已得到证实。介绍了表面纳米化技术制备工艺方法,并对其特点进行描述。随后总结了不同制备工艺、不同交变应力状态梯度纳米结构材料疲劳性能研究结果,并就梯度纳米结构层对疲劳性能的影响进行分析。相比于直接在金属材料表面涂敷涂层,经过表面纳米化处理后的基体表面制备或涂敷涂层材料会显著改善疲劳性能。针对梯度纳米结构材料热稳定性问题进行讨论,总结了提高热稳定性的理论方法,以为后续高温疲劳性能改善提供参考。 展开更多
关键词 梯度纳米结构 疲劳性能 热稳定性
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滚压诱导纯铜梯度纳米晶层及其微动磨损性能 被引量:3
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作者 赵婧 夏伟 +1 位作者 李宁 李风雷 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第9期120-125,共6页
为提高滚压铜的表面性能,采用剧烈塑性变形方式的滚压工艺,通过加大滚压力进行多次滚压,实现了纯铜表层梯度纳米化,并在干摩擦条件下对滚压样和粗晶样进行了球/平面微动磨损实验,考察滚压对组织结构、表面结构和摩擦磨损性能的影响,分... 为提高滚压铜的表面性能,采用剧烈塑性变形方式的滚压工艺,通过加大滚压力进行多次滚压,实现了纯铜表层梯度纳米化,并在干摩擦条件下对滚压样和粗晶样进行了球/平面微动磨损实验,考察滚压对组织结构、表面结构和摩擦磨损性能的影响,分析纳米晶铜的磨损机制.结果表明:所获得的滚压样的表面晶粒尺寸范围为4 ~ 18nm,平均晶粒尺寸约为9 ~ 10nm;滚压样的表面粗糙度从粗晶样的1.50 μm显著降低到0.55 μm,显微硬度从粗晶样的52.2大幅提高到120.0;滚压样在实验负载范围内均具有比粗晶样更好的抗摩擦磨损性能;滚压样在低负载下以磨粒磨损、疲劳磨损为主,在高负载下以磨粒磨损、粘着磨损为主. 展开更多
关键词 滚压 纯铜 梯度纳米结构 微动磨损
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金属表面梯度纳米结构的切削制备技术 被引量:3
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作者 潘延安 付秀丽 +1 位作者 安增辉 谢安冉 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第11期59-65,86,共8页
在工件表面覆盖一层梯度纳米结构提高其硬度、抗疲劳强度、抗腐蚀强度等服役性能,已成为一种重要的表面强化技术。塑性变形是表面梯度纳米结构形成的一种有效途径,而切削加工作为一种典型的塑性变形过程(应变可达13,应变率可达106s-1)... 在工件表面覆盖一层梯度纳米结构提高其硬度、抗疲劳强度、抗腐蚀强度等服役性能,已成为一种重要的表面强化技术。塑性变形是表面梯度纳米结构形成的一种有效途径,而切削加工作为一种典型的塑性变形过程(应变可达13,应变率可达106s-1)满足了这一要求。对国内外相关研究成果进行梳理,从切削加工制备梯度纳米结构的理论基础入手,通过阐明塑性变形-应变、应变率-位错等之间的关系,描述切削过程中切削表面与切屑的微观组织演变,并结合有限元仿真分析和切削加工实验对切削加工过程中制备梯度纳米结构的可行性进行分析。具体阐述了切削制备技术的特点与优势,如缩短工件生产周期,降低生产成本,提高加工效率,拓展加工范围等;提出切削制备梯度纳米结构所面临的一些基础性难题,例如,晶粒细化机理和微观组织演变过程存在争议,切削过程中切削热引起再结晶问题,形成的梯度纳米结构难以达到服役要求等。最后,对切削制备技术发展过程中所要突破的关键技术及未来应用前景进行了展望。 展开更多
关键词 切削表面 梯度纳米结构 晶粒细化 应变 应变率 塑性变形 服役性能
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双功能梯度纳米梁系统振动分析的辛方法 被引量:2
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作者 周震寰 李月杰 +3 位作者 范俊海 隋国浩 张俊霖 徐新生 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2018年第10期1159-1171,共13页
在辛力学与非局部Timoshenko(铁木辛柯)梁理论的基础上,针对黏弹性介质中的双功能梯度纳米梁系统的自由振动问题,提出了一种全新的解析求解方法.在Hamilton(哈密顿)体系下,位移与广义剪力、转角与广义弯矩互为对偶变量.以对偶变量为基... 在辛力学与非局部Timoshenko(铁木辛柯)梁理论的基础上,针对黏弹性介质中的双功能梯度纳米梁系统的自由振动问题,提出了一种全新的解析求解方法.在Hamilton(哈密顿)体系下,位移与广义剪力、转角与广义弯矩互为对偶变量.以对偶变量为基本未知量,Lagrange(拉格朗日)体系下的高阶偏微分控制方程简化为一系列常微分方程.该纳米梁系统的振动问题归结为辛空间下的本征问题,解析频率方程和振动模态可以通过辛本征解和边界条件直接获得.数值结果验证了该方法的正确性与有效性,并针对纳米梁系统的小尺度效应、纳米梁间的相互作用以及黏弹性地基的影响进行了系统的参数分析. 展开更多
关键词 HAMILTON体系 辛方法 双功能梯度纳米梁系统 自由振动 解析解
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超声冲击处理后表面梯度纳米结构S30408抗疲劳性能研究 被引量:2
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作者 王志成 周云 +2 位作者 郑杨艳 陈岑 王一宁 《化工装备技术》 CAS 2021年第2期1-7,共7页
通过修正纳瓦罗-里奥斯(Navarro-Rios)模型,提出了一种描述梯度纳米结构(GNG/CG)材料疲劳性能模型。研究了超声冲击处理后表面梯度纳米层对S30408疲劳性能的影响,并通过实验进行验证。结果表明:模型能够有效预测梯度纳米结构材料的疲劳... 通过修正纳瓦罗-里奥斯(Navarro-Rios)模型,提出了一种描述梯度纳米结构(GNG/CG)材料疲劳性能模型。研究了超声冲击处理后表面梯度纳米层对S30408疲劳性能的影响,并通过实验进行验证。结果表明:模型能够有效预测梯度纳米结构材料的疲劳极限,GNG/CG结构材料的疲劳极限随着表面晶粒尺寸减小而明显增大;相比于粗晶材料,梯度纳米结构材料的疲劳短裂纹尺寸更短,但是转变应力更高;表面晶粒尺寸细化以及梯度纳米层厚度增加能够增加疲劳短裂纹萌生和扩展的阻力,有效提高材料的高周疲劳性能。 展开更多
关键词 纳瓦罗-里奥斯模型 超声冲击处理 梯度纳米结构S30408 疲劳强度
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硼化钛基陶瓷/钛合金梯度纳米结构复合材料组织演化、损伤失效与抗弹性能研究 被引量:4
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作者 赵忠民 彭文斌 《现代技术陶瓷》 CAS 2016年第6期412-424,共13页
基于陶瓷/钛合金之间的熔化连接和原子互扩散,采用离心反应熔铸工艺成功制备出具有连续梯度特征的TiB_2基陶瓷/Ti-6Al-4V合金层状复合材料。该复合材料分为陶瓷基体、中间过渡区及金属基底三层结构,且陶瓷/钛合金层间原位形成以陶瓷相(T... 基于陶瓷/钛合金之间的熔化连接和原子互扩散,采用离心反应熔铸工艺成功制备出具有连续梯度特征的TiB_2基陶瓷/Ti-6Al-4V合金层状复合材料。该复合材料分为陶瓷基体、中间过渡区及金属基底三层结构,且陶瓷/钛合金层间原位形成以陶瓷相(TiB_2,TiC_(1-x))、Ti基合金相的尺寸和体积分数为特征的梯度纳米结构(微米?微纳米?纳米)复合界面。测试表明该复合材料层间剪切强度、弯曲强度、断裂韧性分别达到335MPa±35MPa、862MPa±45MPa和45MPa×m^(1/2)±15MPa×m^(1/2)。陶瓷/钛合金层间剪切断裂诱发TiB_2、TiB棒晶的自增韧机制及有限的Ti基合金延性相增韧机制,使层间剪切测试与三点弯曲测试得出的载荷/位移曲线均呈现出近乎线性上升趋势。对TiB_2基陶瓷、陶瓷/钛合金层状复合材料进行14.5军用制式穿甲弹DOP靶试,得出两种材料的平均防护系数分别为3.05和7.30。陶瓷/钛合金层间原位生成的梯度纳米结构复合界面不仅改善了陶瓷/钛合金之间声阻抗匹配,而且也使陶瓷/钛合金层间保持高的结合强度。陶瓷/钛合金层状复合材料遭受弹体冲击时,将诱发界面载荷传递与剪切耦合的双重效应,最终在表观上使陶瓷/钛合金层状复合材料的防弹性能得以显著提升。 展开更多
关键词 陶瓷/金属层状复合材料 离心反应熔铸工艺 梯度纳米结构界面 损伤失效 防弹性能
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梯度纳米结构钢设计、制备及其性能的研究进展
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作者 王智海 柳和生 +1 位作者 饶锡新 刘勇 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2016年第16期6-10,5,共6页
综述了近年来关于梯度纳米结构钢的研究进展,对梯度纳米结构钢的设计、制备方法进行了分类,分析了梯度纳米结构对钢的强度、腐蚀性能、摩擦性能和疲劳性能的影响。梯度纳米结构能显著提高钢的综合性能,是目前高强高韧钢的研究热点。总... 综述了近年来关于梯度纳米结构钢的研究进展,对梯度纳米结构钢的设计、制备方法进行了分类,分析了梯度纳米结构对钢的强度、腐蚀性能、摩擦性能和疲劳性能的影响。梯度纳米结构能显著提高钢的综合性能,是目前高强高韧钢的研究热点。总结了梯度纳米结构钢的发展前景及挑战。 展开更多
关键词 梯度纳米结构 高强高韧 表面机械研磨处理
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梯度纳米结构IF钢的协同强化本构模型
10
作者 王效贵 胡家诚 +1 位作者 赵伟奇 许杨剑 《浙江工业大学学报》 CAS 北大核心 2019年第2期151-157,共7页
提出了一种基于显微硬度建立梯度纳米结构IF钢的本构模型的新方法,并通过单轴拉伸过程的有限元模拟研究了应力状态演化。首先将梯度纳米结构层划分为12个等厚度薄层,假设各薄层与芯部粗晶的力学性能可用Hollomon硬化准则和GTN损伤模型表... 提出了一种基于显微硬度建立梯度纳米结构IF钢的本构模型的新方法,并通过单轴拉伸过程的有限元模拟研究了应力状态演化。首先将梯度纳米结构层划分为12个等厚度薄层,假设各薄层与芯部粗晶的力学性能可用Hollomon硬化准则和GTN损伤模型表征,通过基于实验的反演算法识别出模型中的材料参数,从而建立了表征梯度纳米结构IF钢的协同强化效应和损伤演化的本构模型。通过模拟梯度纳米结构IF钢的单向拉伸过程,获得了材料在拉伸过程中依次经历的3种应力状态,即纯弹性变形时的单轴拉伸应力状态、表层受压芯部受拉的多轴应力状态和表层受拉芯部受压的多轴应力状态。基于有限元模拟得到的轴向应力—轴向应变曲线,准确预测了不同梯度层占比时的临界失稳应变。 展开更多
关键词 梯度纳米结构IF钢 协同强化效应 本构模型 显微硬度 多轴应力状态
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表面机械滚压处理(SMRT)316L不锈钢梯度纳米层在腐蚀介质下的摩擦学行为研究 被引量:9
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作者 沈明学 容康杰 +3 位作者 刘德佳 熊光耀 李春红 王效贵 《摩擦学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期746-753,共8页
采用表面机械滚压处理(surface mechanical rolling treatment,SMRT)技术在316L奥氏体不锈钢表面构筑了梯度纳米结构层.利用透射电子显微镜(TEM)和纳米压痕仪等分析其微观组织、力学性能等基础上,重点探讨了SMRT前后316L在1 mol/L HCl溶... 采用表面机械滚压处理(surface mechanical rolling treatment,SMRT)技术在316L奥氏体不锈钢表面构筑了梯度纳米结构层.利用透射电子显微镜(TEM)和纳米压痕仪等分析其微观组织、力学性能等基础上,重点探讨了SMRT前后316L在1 mol/L HCl溶液(以纯水环境作为对比组)中的摩擦学行为.结果表明:经SMRT加工后316L表面梯度纳米晶层厚度达200μm以上,表面硬化层厚度超过1.5 mm,表面硬度提升至基体近2倍;SMRT大大减缓了材料磨损,与基体试样相比,SMRT试样在腐蚀介质下减摩效果比纯水环境更明显,且在腐蚀环境下表现出优异的耐腐蚀性能,其磨损机制由处理前伴随严重剥落特征的疲劳磨损和磨粒磨损转变为轻微疲劳磨损.因此,316L不锈钢机械滚压梯度纳米层在腐蚀服役环境下具有较高的潜在工程应用价值. 展开更多
关键词 表面机械滚压处理 腐蚀磨损 摩擦学行为 梯度纳米化结构 316L不锈钢
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梯度纳米结构镁合金 被引量:7
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作者 夏双五 刘勇 吕坚 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2016年第11期825-834,共10页
为了拓展镁合金的进一步应用,寻找一种理想的加工工艺、提升综合性能是镁合金未来发展方向。基于塑性变形构筑梯度纳米结构镁合金,具有细晶与粗晶的综合特征,能够有效克服纳米结构低塑性和低韧性的缺陷,明显提升材料的强度、耐磨性能等... 为了拓展镁合金的进一步应用,寻找一种理想的加工工艺、提升综合性能是镁合金未来发展方向。基于塑性变形构筑梯度纳米结构镁合金,具有细晶与粗晶的综合特征,能够有效克服纳米结构低塑性和低韧性的缺陷,明显提升材料的强度、耐磨性能等各项力学性能以及热稳定性,最大程度上提升了镁合金的综合性能。本文从梯度纳米结构镁合金的制备工艺、形成机理以及各项性能的变化等方面入手,系统介绍了国内外梯度纳米结构镁合金的研究现状。针对进一步拓展梯度纳米结构镁合金在工业基础中的应用,本文还提出了若干改进梯度纳米结构镁合金性能的建议,如耐蚀性能和疲劳性能,以期为梯度纳米结构镁合金未来的研究与发展提供更有价值的参考。 展开更多
关键词 镁合金 梯度纳米结构 塑性变形 力学性能 热稳定性
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基于非局部应变梯度理论功能梯度纳米板的弯曲和屈曲研究 被引量:11
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作者 王平远 李成 姚林泉 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2021年第1期15-26,共12页
以纳米机器人等智能器件中的功能梯度纳米板结构为研究对象,基于非局部应变梯度理论,研究了其弯曲和屈曲问题.推导了一般情况下的功能梯度纳米板运动方程,弯曲和屈曲作为其特例可简化而成.分析了非局部尺度参数、材料特征尺度参数、梯... 以纳米机器人等智能器件中的功能梯度纳米板结构为研究对象,基于非局部应变梯度理论,研究了其弯曲和屈曲问题.推导了一般情况下的功能梯度纳米板运动方程,弯曲和屈曲作为其特例可简化而成.分析了非局部尺度参数、材料特征尺度参数、梯度指数、纳米板尺寸等对弯曲挠度和临界屈曲载荷的影响.结果表明:不同高阶连续介质力学理论下的最大挠度都随梯度指数的增大而增大,正方形纳米板挠度较小,且板厚越大,弯曲挠度越小;最大挠度随非局部尺度参数的增大而增大,随材料特征尺度参数的增大而减小.临界屈曲载荷随梯度指数的增大而减小,随板厚、长宽比的增大而增大,随非局部尺度的增大而减小,随材料特征尺度的增大而增大.非局部应变梯度高阶弯曲和屈曲中存在结构软化与硬化机制,两个内特征参数之间具有耦合效应,当非局部尺度大于材料特征尺度时,非局部效应在功能梯度纳米板力学性能中占主导作用;当材料特征尺度大于非局部尺度时,应变梯度效应占主导作用.解析结果还证明了当非局部尺度等于材料特征尺度时,非局部应变梯度理论结果退化为经典结果. 展开更多
关键词 非局部应变梯度理论 功能梯度纳米 弯曲 屈曲 临界载荷
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滚压诱导纯铜表面梯度纳米结构磨损行为研究 被引量:9
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作者 袁俊瑞 徐佳 +1 位作者 周振宇 朴钟宇 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第24期49-54,共6页
使用自主设计的高效平面滚压刀具对纯铜进行表面制造,利用塑性变形诱导在纯铜表面制备梯度纳米结构;采用金相显微镜、透射电子显微镜等对梯度纳米结构进行表征,量化变形强化层厚度,考察晶粒尺寸分布;对梯度纳米结构的磨损行为进行研究,... 使用自主设计的高效平面滚压刀具对纯铜进行表面制造,利用塑性变形诱导在纯铜表面制备梯度纳米结构;采用金相显微镜、透射电子显微镜等对梯度纳米结构进行表征,量化变形强化层厚度,考察晶粒尺寸分布;对梯度纳米结构的磨损行为进行研究,并解释了相关机理。结果表明,滚压诱导后表层纳米晶粒细化小于20 nm,并随深度逐渐增至基体晶粒尺寸,形成了十分明显的梯度结构,同时具有较为理想的表面粗糙度和截面硬度分布;干摩擦试验表明,低载时梯度纳米结构具有较好抗粘着能力,摩擦性能较好;高载时由于表层纳米结构强烈变形,微碎裂及随后的三体磨损反而降低了摩擦性能。 展开更多
关键词 表面制造 滚压诱导 梯度纳米结构 磨损行为
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梯度纳米多晶铜纳米切削过程的分子动力学仿真 被引量:1
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作者 王子云 赵鹏越 +2 位作者 郭永博 张凯 王康 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第S02期419-423,共5页
梯度纳米多晶金属材料具有优良的塑性和强度特性,适合作为微纳系统的制造材料,近年来逐渐成为研究热点。为研究梯度多晶材料的加工去除机理,采用Poisson-Voronoi方法建立大规模梯度多晶铜分子动力学模型,数值模拟梯度多晶铜的纳米切削过... 梯度纳米多晶金属材料具有优良的塑性和强度特性,适合作为微纳系统的制造材料,近年来逐渐成为研究热点。为研究梯度多晶材料的加工去除机理,采用Poisson-Voronoi方法建立大规模梯度多晶铜分子动力学模型,数值模拟梯度多晶铜的纳米切削过程,对比分析切割细晶层(过程1)和切割粗晶层(过程2)的切削力、缺陷和应力等参数。仿真结果表明,过程1的切削力明显小于过程2,而过程2的切削力波动较大。比较分析整个切削过程的缺陷数量和分布,发现过程2的缺陷数量高于过程1;分析刀具附近缺陷的形成过程发现,过程1的缺陷主要在刀具前形核并扩散,过程2的缺陷主要在刀具前和刀具底部形核并扩散;基于应力分析发现,过程2的范式等效应力大于过程1。本研究可为梯度纳米多晶铜的纳米切削机理提供参考。 展开更多
关键词 梯度纳米多晶铜 纳米切削 切削力 缺陷 内应力
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梯度纳米CrAlN复合涂层的承载失效行为研究 被引量:1
16
作者 王立宇 杨金华 +5 位作者 高旭 曹永智 张新鹏 张国彬 孙朦 解志文 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期886-890,共5页
采用等离子体浸没离子注入与沉积技术,设计制备梯度纳米CrAlN复合涂层,利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、纳米探针和理论计算分析等方法,系统研究涂层微观组织结构、力学性能和承载失效行为。研究表明:梯度纳米CrAlN涂层具有优异的纳... 采用等离子体浸没离子注入与沉积技术,设计制备梯度纳米CrAlN复合涂层,利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、纳米探针和理论计算分析等方法,系统研究涂层微观组织结构、力学性能和承载失效行为。研究表明:梯度纳米CrAlN涂层具有优异的纳米力学性能,并显著提高镁合金表面承载能力。动态承载过程中,接触载荷诱发金属Al和AlN界面高应力状态,Al金属层承受强烈的弹-塑性变形,当界面应力大于Al金属层屈服极限时,在靠近Al/AlN界面处萌生疲劳裂纹并最终导致涂层体系承载失效。本研究成果为软基体表面高强韧梯度复合涂层的结构设计提供重要理论依据。 展开更多
关键词 镁合金 梯度纳米结构 CrAlN涂层 微观组织结构 承载机理
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喷丸工艺对TC4钛合金梯度纳米晶结构的作用规律 被引量:7
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作者 陈涵悦 付天琳 高岩 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期214-221,共8页
目的通过改变喷丸的压力或时间,在钛合金表面制备出剧烈塑性变形(SPD)层较厚、硬度较高的梯度纳米晶结构。方法改变喷丸压力(0.3~0.6 MPa)或喷丸时间(15~60 min),调控TC4钛合金表面梯度纳米晶结构的变形层厚度和纳米晶晶粒尺寸。利用金... 目的通过改变喷丸的压力或时间,在钛合金表面制备出剧烈塑性变形(SPD)层较厚、硬度较高的梯度纳米晶结构。方法改变喷丸压力(0.3~0.6 MPa)或喷丸时间(15~60 min),调控TC4钛合金表面梯度纳米晶结构的变形层厚度和纳米晶晶粒尺寸。利用金相显微镜观察塑性变形层截面的组织形貌,通过X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)确定喷丸表面纳米晶的晶粒尺寸,通过显微硬度计对塑性变形层的截面硬度进行研究。结果一定喷丸压力(0.6MPa)下,SPD层和总变形层厚度分别在喷丸25、30 min时达到饱和值78μm和143μm。一定喷丸时间(25 min)下,SPD层和总变形层的厚度随喷丸压力的增加而增厚,在0.4 MPa时达到饱和,分别为78μm和120μm。当SPD层厚度进入饱和阶段后,表层晶粒大小和硬度强化程度都趋于稳定;在0.6 MPa下,当表面α相细化至稳定阶段时,晶粒尺寸为30~90 nm,表面硬度提高约30%。结论喷丸SPD层及总变形层的厚度随喷丸时间的延长或喷丸压力的增大而增厚,当SPD层厚度趋于饱和后,表面晶粒尺寸和硬度强化程度都已饱和。 展开更多
关键词 TC4钛合金 梯度纳米结构 喷丸工艺 喷丸压力 喷丸时间
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纯铜梯度纳米化表面硬质膜的微观结构演化与力学性能研究 被引量:2
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作者 吴嘉楠 张柯 +1 位作者 刘平 陈小红 《有色金属材料与工程》 CAS 2020年第6期16-23,共8页
利用磁控溅射法在纯铜的表面沉积TiN硬质膜,然后对镀膜后的试样进行表面机械滚压处理(surface mechanical rolling treatment,SMRT),在其表层形成梯度纳米结构层。采用金相显微镜(optical microscopy,OM)、扫描电子显微镜(scanning elec... 利用磁控溅射法在纯铜的表面沉积TiN硬质膜,然后对镀膜后的试样进行表面机械滚压处理(surface mechanical rolling treatment,SMRT),在其表层形成梯度纳米结构层。采用金相显微镜(optical microscopy,OM)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)等对试样的表面形貌和显微结构进行表征,研究梯度纳米结构层的强化方式和组织演化规律。通过改变SMRT工艺的参数,在试样的表面制备出不同厚度的梯度纳米结构层。研究发现:随着下压量的增加,表面的梯度纳米层随之变厚,硬质膜颗粒与纯铜基体的结合更紧密;表面梯度纳米化影响了硬质膜的组织结构;颗粒被碾入纯铜表层中,提高了试样的综合力学性能,屈服强度最高增加了73%,同时其塑性降低很少;试样表面的硬度最大可以达到约1.6 GPa,并且沿厚度方向从表层到芯部的硬度呈梯度分布。 展开更多
关键词 表面机械滚压处理 硬质膜 梯度纳米结构 演化规律
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梯度纳米晶NiTi形状记忆合金的超弹性和形状记忆效应相场模拟 被引量:6
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作者 徐波 康国政 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期802-812,共11页
通过建立考虑两个马氏体变体的二维相场模型,对梯度纳米晶镍钛(NiTi)合金系统的超弹性、单程和应力辅助双程形状记忆过程进行了模拟和预测.模拟结果显示:在梯度纳米晶NiTi合金的超弹性过程中,较粗晶粒的区域保留了传统粗晶的马氏体相变... 通过建立考虑两个马氏体变体的二维相场模型,对梯度纳米晶镍钛(NiTi)合金系统的超弹性、单程和应力辅助双程形状记忆过程进行了模拟和预测.模拟结果显示:在梯度纳米晶NiTi合金的超弹性过程中,较粗晶粒的区域保留了传统粗晶的马氏体相变和逆相变特征,即局部马氏体带的形核-扩展和缩减-消失,而随着晶粒尺寸的减小,细晶粒区域表现为均匀相变的特点,即无局部马氏体带产生;此外,在超弹性和形状记忆过程中,马氏体相变和重取向都首先在较粗晶粒区域开始并逐步向细晶粒区域传播,而逆相变则相反.马氏体相变和重取向的逐步扩展使梯度纳米晶NiTi合金的应力-应变和应变-温度曲线呈现出"硬化状",其可归因于纳米多晶NiTi合金中马氏体相变对晶粒尺寸的依赖性,即随着晶粒尺寸的减小,相变或重取向壁垒逐渐增大,马氏体相变或重取向的形核、扩展越来越困难.可见,梯度纳米晶结构具有比传统均匀晶粒尺寸NiTi合金更宽的相变应力区间、重取向应力区间和相变温度区间,可显著提高该合金非弹性变形的可控性. 展开更多
关键词 梯度纳米晶NiTi形状记忆合金 相场模拟 超弹性 形状记忆效应
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分子动力学模拟梯度纳米晶Cu的力学性能 被引量:1
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作者 黄鸿翔 吴勇芝 陈尚达 《材料导报(纳米与新材料专辑)》 EI CAS 2015年第2期164-166,共3页
应用分子动力学方法模拟纳米晶Cu及梯度纳米晶Cu在单向拉伸载荷下的力学性能与微观结构演化过程。模拟结果表明,梯度纳米晶Cu的屈服强度及拉伸塑性变形能力比纳米晶Cu略高。在对梯度纳米晶Cu拉伸模拟过程中,其变形机制较为复杂,粒径较... 应用分子动力学方法模拟纳米晶Cu及梯度纳米晶Cu在单向拉伸载荷下的力学性能与微观结构演化过程。模拟结果表明,梯度纳米晶Cu的屈服强度及拉伸塑性变形能力比纳米晶Cu略高。在对梯度纳米晶Cu拉伸模拟过程中,其变形机制较为复杂,粒径较小的区域首先产生裂纹,然后逐渐在粒径较大的区域出现裂纹,单晶区塑性最好,材料遭到破坏时仍然没有裂纹出现,只存在位错运动及堆垛层错。 展开更多
关键词 分子动力学 梯度纳米晶Cu 位错 晶界
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