成果信息

该成果主要研究了多种金属材料的表面纳米化和氮化过程；磁场对纳米材料的热稳定性、晶粒生长的影响规律和作用机理；磁场下纳米材料氮化反应的热力学与动力学；磁场下纳米材料中原子扩散和相变过程等。发现表面纳米化对不锈钢、38CrMoAl、42CrMo、40Cr和20CrMnTi等钢的气体氮化、离子氮化和离子氮碳共渗等过程有明显的催渗作用，可以大幅度降低处理温度，减小热变形，缩短处理时间，总结确定了金属工件表面纳米化低温氮化的工艺准则。发现在“强磁场”和“纳米化”双促进条件下制备纳米氮化铁，氮化反应可以在低温条件下缓慢进行（200 oC左右，30h～60h），这样的氮化有利于巨磁性的a¢¢－Fe16N2相的形成，抑制其它氮化铁（比如g¢－Fe4N等）的生成，所制备的纳米氮化铁中a¢¢－Fe16N2的含量为65％～90％。发现磁场可以提高纳米钛合金的热稳定性，提出采用表面纳米化（纳米助渗）和强磁场技术（抑制纳米晶粒长大）相结合的方法可大幅度降低钛合金氮化温度，实现低温快速氮化，并获得高硬度、高耐磨的纳米结构氮化钛层。)

背景介绍

随着纳米材料研究的不断深入与纳米技术的发展，将表面改性与纳米材料相结合来制备纳米材料受到了人们的重视，其特点是通过提高材料表面性能来提高构件服役性能。表面纳米化技术被认为是今后一段时间可将纳米材料应用于工程实际的最重要技术之一。通常金属材料的失效往往开始于表面，如疲劳裂纹、摩擦磨损和腐蚀等，通过表面纳米化处理后，可在金属材料表面形成纳米结构层，从而提高材料的综合性能，增加工件的服役寿命。表面纳米化为纳米技术与有色金属常规材料相结合提供了切实可行的途径，巧妙地避开了制备块体纳米材料遇到的技术难题，将在工业中发挥巨大的开发应用潜力。)

应用前景

对金属材料进行表面纳米化处理能够在其表面制备出晶粒为纳米级别的纳米晶层，从而达到通过改性而提高材料某些性能的目的，因此具有很高的应用价值。这种技术将纳米晶体材料的优异性能与传统工程金属材料相结合，在工业应用上具有广阔的应用前景。)