博一建材讯：表面机械处理是近几年新发展起来的一种表面纳米化的重要方法，通过使表面层发生剧烈塑性变形导致材料表层晶粒细化至纳米量级。它技术简单、处理成本低，对各种常规工程金属材料均具有普适性，并能有效地实现材料结构功能一体化设计，为传统金属工程材料赋予高性能和多功能，对传统产业技术的升级改造具有重要的推动作用，因此具有着非常广阔的应用前景。
表面机械研磨处理设备通常包括两部分：振动发生器和盛放弹丸、固定样品的容器。通常用的球形弹丸直径在1~10毫米之间，多采用不锈钢制成。这些球形弹丸放在由振动发生器驱动的容器内，振动发动器的振动频率可调范围为50Hz~20KHz。为满足不同要求，处理可以在真空、填充氢气、氮气或氨气等不同气氛条件下进行。处理时可以通过改变弹丸大小、振动频率来调节弹丸撞击材料表面能量的大小。工作时，整个容器在振动发生器的驱动下做垂直振动，容器内弹丸连续不断地以高速撞击材料表面。由于振动频率、弹丸尺寸和距样品表面距离的不同，弹丸速度大约在1~20m/s内变化。弹丸以不同的角度撞击材料表面，每一次撞击都导致材料表面层发生高速率的塑性变形，连续多方向高速率的弹丸撞击，导致材料表面层严重塑性变形而使表层晶粒细化至纳米量级。
研究表明，通过表面机械处理实现试样表层纳米化后，纳米晶表层的硬度显著提高，可比心部提高好几倍，表面以下亚微晶层的硬度也明显增大。表面硬度的提高有助于改善材料的摩擦磨损性能。实验证明，表面纳米化可以提高材料在低、中载荷作用下的耐磨性并明显降低摩擦系数；而在较高的载荷下，磨损机制从磨粒磨损转变为疲劳磨损，表面纳米化也有助于降低材料表面的疲劳磨损效应，这是因为表面纳米化可以提高材料表面的抗冲击性能和抗疲劳性能。材料经过表面机械处理后，材料表层有高达531Mpa的残余应力，它可以阻止材料表面的裂纹萌生和扩展；同时，心部的粗晶组织也可以阻止裂纹的扩展，因此这种特殊的组织有助于提高材料的疲劳性能。总体来说，表面机械处理能够有效地提高材料的整体强度但又不明显降低材料的韧性。
此外，有研究报道，表面机械处理对焊接接头的抗应力腐蚀性能有显著的改善作用。其原因是：由于晶粒尺寸细小，在裂纹萌生阶段，氢致裂纹驱动力可由更多细小的晶粒所承受，晶内、晶界的应变度相差小，因而材料受力均匀，应力集中程度小，裂纹不易萌生；而在裂纹扩展阶段，由于纳米晶结构的晶界体积分数高，而且相邻的晶粒具有不同的取向，故微裂纹的扩展在晶界处受到阻碍；微裂纹穿过晶界后扩展方向发生改变，需要消耗更多的能量，故不易扩展长大。
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