专利名称：一种表面纳米晶化改性的方法
技术领域：
本发明涉及表面纳米化改性的制备方法，属于材料表面改性技术领域。
背景技术：
纳米晶体材料有较高的强度、韧性，可以大大增强体材料或材料表面的力学性能。W.H.Wang等提出一种从非晶相中获取纳米晶的方法(见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、将大块非晶放入液压容器中，加温至623K(或更高)；2、同时对样品施加4GPa以上的压强，在20分钟到6小时以后，基体内部将有纳米尺寸的晶粒析出。
这种方法需要加热样品至远高于室温的某一温度，使非晶材料内部晶化的压力比较大，如高于4GPa，实际加工情况不易获得；所析出的纳米晶粒均匀分布在基体内部。
熊天英等提出一种材料表面纳米化处理处理方法(见气固双相流冲击金属材料表面纳米化装置及其应用，申请号03111200.5，公开号03111200.5.，申请日2003.03.19)1、制作一个可以用压缩气体喷射硬质微粒的容器；2、将金属样品放在容器喷嘴的对面，然后用硬质微粒接连轰击金属表面喷射距离5～50mm、气体压力0.4～3.0MPa、气体温度为室温、气体流量10～30g/s、送粉电压5～30V，硬质微粒粒径为50纳米～200微米。
该发明可以对形状复杂或大平面的工件进行表面纳米化处理，且纳米层分布均匀，处理后的纳米层厚度可达0.5-50微米。
发明内容
本发明旨在提出一种材料表面纳米晶化的处理办法，采用常规液压设备，在较低温度下，在形状复杂或大平面的工件表面制备一层纳米晶粒层，而不影响工件基体本身的结构和性能。
具体技术方案如下一种表面纳米晶化改性的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤首先，在工件表面沉积一层非晶合金薄膜用作纳米晶化的预备涂层；然后，将上述表面沉积了预备涂层的工件放入液压室，在零下20℃到零上60℃的条件下，利用液压设备在所述工件上施加一个恒定压力，并在这个恒定压力上叠加一个正弦或余弦调制的压力，作用一段时间后，在所述工件表面的非晶合金薄膜中析出纳米晶粒，其中硬度和强度较大的晶粒会移动并均匀分布到非晶层，即所述工件的表面，从而实现工件表面的纳米晶化改性。
经过本发明所述方法改性处理后，所述工件表面在耐腐蚀性能提高的情况下，表面强度和冲击韧性等力学性能也得到增强。
图1为实现本发明所述方法的一种装置的示意图。
具体实施例方式
下面结合附图来进一步说明本发明。
首先，在工件或材料表面采用薄膜制备技术沉积一层非晶合金薄膜，用作纳米晶化的预备涂层，薄膜厚度约0.5至10微米。
然后，将所述上述表面沉积了预备涂层的工件或材料放入一灌满油的液压室里，如图1所示，温度在自然温度范围内，约零下20℃到零上60℃。
利用液压设备在所述工件上施加50～1000MPa的恒定压力，并在此恒定压力上叠加一个幅度为2MPa～50MPa，频率为10～100Hz的正弦或余弦调制的压力。所述恒定压力主要根据选用的非晶合金材料的屈服强度来确定，即选择所述非晶合金屈服强度附近±10％的压力。
作用20分钟～8小时后，在所述工件表面的非晶合金薄膜中析出纳米晶粒，其中硬度和强度较大的晶粒会移动并均匀分布到非晶层，即所述工件的表面，从而实现工件表面的纳米晶化改性。
实验结果显示简单的正弦和余弦分量就可以使非晶合金发生纳米晶化，并使纳米晶移动到工件表面。处理完毕后卸载所加压力，将所述工件洗净、去油，即可使用。
下面举个具体的实例。
首先，在船用发动机涡轮叶片表面采用溅射沉积技术沉积一层CuTa非晶合金薄膜，用作纳米晶化的预备涂层，薄膜厚度约0.5至10微米。
然后，将所述上述叶片放入一灌满油的液压室里，在温度为20～30℃的条件下，利用液压设备在所述叶片上施加300MPa的恒定压力，并在这个恒定压力上叠加一个幅度为20MPa，频率20Hz的正弦或余弦调制的压力。作用2小时后，在所述叶片表面的非晶合金薄膜中析出Cu和Ta的纳米晶粒，其中Ta的晶粒会移动并均匀分布到叶片的表面，从而实现叶片表面的纳米晶化改性。
权利要求
1.一种表面纳米晶化改性的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤首先，在工件表面沉积一层非晶合金薄膜用作纳米晶化的预备涂层；然后，将上述表面沉积了预备涂层的工件放入液压室，在零下20℃到零上60℃的条件下，利用液压设备在所述工件上施加一个恒定压力，并在这个恒定压力上叠加一个正弦或余弦调制的压力，作用一段时间后，在所述工件表面的非晶合金薄膜中析出纳米晶粒，其中硬度和强度较大的晶粒会移动并均匀分布到非晶层，即所述工件的表面，从而实现工件表面的纳米晶化改性。
2.根据权利要求1所述的表面纳米晶化改性的方法，其特征在于利用液压设备在所述工件上施加的恒定压力主要根据选用的非晶合金材料的屈服强度来确定，即选择所述非晶合金屈服强度附近±10％的压力。
全文摘要
一种表面纳米晶化改性的方法，属于材料表面改性技术领域。为了在较低温度下，在工件表面制备纳米晶粒层，而不影响工件本身的结构和性能，本发明提出了表面纳米晶化改性的方法，包括如下步骤在工件表面沉积一层非晶合金薄膜；将上述工件放入液压室，在－20℃～60℃下，利用液压设备在工件上施加一个恒定压力，并在这个恒定压力上叠加一个正弦或余弦调制的压力，作用一段时间后，在工件表面的非晶合金薄膜中析出纳米晶粒，其中硬度和强度较大的晶粒会移动并均匀分布到非晶层，即所述工件的表面，从而实现工件表面的纳米晶化改性。经过改性处理后，工件表面在耐腐蚀性能提高的情况下，表面强度和冲击韧性等力学性能也得到增强。
文档编号C21D7/00GK1712549SQ20051001185
公开日2005年12月28日 申请日期2005年6月3日 优先权日2005年6月3日
发明者曾飞, 潘峰, 李冬梅, 文胜平 申请人:清华大学