2。2。4  Zwick-Roell Z0101电子拉伸试验机 9

2。2。5  机械抛光机 9源-于,优Y尔E论W文.网wwW.yOueRw.com 原文+QQ752018`766

2。3  实验过程 9

2。3。1  实验样品的准备 9

2。3。2  样品表面纳米化 10

2。3。3  样品退火处理 10

2。3。4  拉伸试样制备及拉伸实验 10

2。3。5  硬度测量 11

2。3。6  扫描试样的制备 11

3  实验结果及其讨论与分析 13

3。1  硬度结果分析 13

3。2  组织扫描分析 14

3。3  拉伸结果分析 14

3。4  断口图片分析 16

结  论 17

致  谢 18

参 考 文 献 19

1  引言

纳米材料因其具有独特的结构和物理与化学性能而备受关注。在众多的纳米技术中，材料表面纳米化技术被认为是目前最具实际应用价值和最可能取得实质性突破的纳米技术之一。表面纳米化[1]是指运用各种物理与化学方法在材料表面制备出一定厚度的纳米结构表层，通过材料表面组织的优化实现材料性能的改善，从而整体上提高材料的力学性能和改善环境服役行为。From+优`尔^文W网wWw.YouErw.com 加QQ75201^8766

梯度纳米结构材料[2]是指材料中的结构单元（如晶粒尺寸）达到纳米尺度，并且晶粒尺度从纳米量级连续向粗晶尺度变化，从而形成渐变的梯度结构。过去几十年的研究表明，纳米结构材料通常比相应的粗晶材料的硬度和强度高，但是会造成其塑性与韧性显著的下降，加工硬化能力和结构稳定性也都会下降[3]。通过纳米结构的多级构筑，使材料一部分是纳米结构，另一部分则是粗晶结构，形成梯度纳米结构，即材料表面晶粒尺寸由纳米尺度向芯部逐渐变为粗晶尺度，使材料的表面具备纳米结构的强度和硬度，同时芯部保持粗晶材料的塑性和韧性。材料的破坏和失效通常是从材料的表面开始的，表面梯度纳米结构的高硬度和高强度可以提高材料的服役性能。同时塑性和韧性下降较小，使材料兼具高强度，高硬度，较高的塑性和韧性，使整体力学性能得到综合的提升。

表面机械加工处理法是目前较为成熟的表面纳米化技术。通过外加载荷使材料表面的粗晶在不同方向上发生强烈塑性变形，从而使表面晶粒细化到纳米尺度，形成梯度纳米结构。本实验通过旋转加速喷丸(Rotational Accelerated Shot Peening，RASP）这种表面机械加工处理法在99。99%纯铜表面制备梯度纳米结构，并进行后续的退火处理。本实验旨在研究梯度结构铜的热稳定性，并对其力学性能和组织变化进行探究。

1。1  表面纳米化方法

材料的失效往往是从材料的表面开始，因此通过材料表面组织的改性便可提高材料某些方面的性能。1999年吕坚教授与卢柯院士联合提出了一个新概念——表面纳米化，为纳米结构材料开辟了新的研究方向。只要在材料的表面制备出一定厚度的纳米结构表层，就能够通过表层组织的细化提高材料整体的性能。与非晶晶化法[4]、强烈塑性变形法[5]、机械研磨法[6]等方法制备纳米材料相比，表面纳米化只需要采用常规表面处理方法或改进的常规表面处理方法便能够实现。表面纳米化制备工艺较为简单，生产成本较低，材料的尺寸受到的限制小。迄今为止，表面纳米化主要有三种基本方式：表面涂层或沉积、表面自身纳米化和混合方式。