纳米级显微硬度试验研究

阐述了一种纳米尺度下测试材料显微硬度的试验方法——深度硬度试验法。并研制了深度硬度试验装置，采用压电陶瓷传感器实现微位移和激光测试超低载荷，该试验装置分辨率高，可以实现纳米级压痕的显微硬度测试。     

带式积分镜在钛合金表面激光气体氮化中的应用

简要介绍了带式积分镜光束变换的原理。然后针对采用带式积分镜前后TA2钛合金表面激光气体氮化处理的氮化区颜色、氮化区宽度以及表面硬度进行了比较和分析,结果表明采用带式积分镜进行激光光束变换可以有效提高激光氮化处理的效率。     

纳米压痕硬度计测方法的研究进展

针对纳米尺度下的材料硬度测量,利用纳米硬度计得到压痕的载荷-压深曲线,并用原子力显微镜得到压痕的三维形貌图.通过载荷-压深曲线和压痕形貌图,以及相应的计算方法,可以得到纳米压痕硬度.纳米压痕硬度计测方法不同,得到的材料硬度值也不同.分析现有的几种纳米压痕硬度计测方法,找出它们的优缺点,并对未来发展方向做了展望.     

表层材料硬度检测及结果的对比分析

针对表层材料硬度检测中常用的几种显微硬度仪以及近年来发展的同乡会米压痕技术，对比分析了各种硬度仪的特点及其使用范围，着重指出了显微硬度仪与纳米压痕仪的定义在物理本质上的差别。最后针对最常用的维氏显微硬仪与目前先进的纳米压痕技术，利用有限元数值模拟并结合纳米压痕实验数据，给出了两种硬度值在数量上的关系。     

镍基高温合金GH4169磨削参数对表面完整性影响

研究了用单晶刚玉砂轮磨削镍基高温合金GH4169时,磨削参数对表面完整性中的表面特征(表面粗糙度、表面形貌、表面显微硬度和表面残余应力)的影响,以期优化磨削参数.砂轮速度依次选择15,20,25m/s,磨削深度分别选择50,100,150μm,工件速度分别选择5,10,15m/min.研究结果表明:表面粗糙度对工件速度的变化最敏感,表面显微硬度对砂轮速度变化最敏感,表面残余应力对砂轮速度变化最敏感;同时表明了磨削参数对磨削表面形貌、显微硬度梯度、微观组织、残余应力梯度的影响,揭示了表面完整性中的变质层形成规律.其塑性变形层在5～10μm,显微硬度变化影响层为80～100μm,残余应力影响层厚度为80～200μm,其为磨削镍基高温合金表面完整性控制研究提供相关的实验数据基础.      

TC21钛合金稀土渗硼强化表面组织及性能

采用单体硼为供硼剂对TC21钛合金表面进行稀土催化表面强化热处理,对渗硼层组织形貌、硬度、磨痕形貌和磨损率进行了研究。结果表明单体硼渗剂中CeO2配比为7wt%左右的渗硼层连续致密,耐磨性较好;温度对于表层TiB2的厚度影响较大,提高温度可显著增大渗硼层厚度,随着保温时间的延长,表层TiB2层逐渐增厚并且更为连续,时间超过一定值后渗硼层厚度增加缓慢;渗硼层表层硬度随渗硼温度提高显著增大,随保温时间延长增加缓慢,渗硼温度在1 000℃时渗硼层近表层硬度可达3 200HV0.01左右,高硬度区域厚度可达20μm以上;TC21钛合金渗硼层表现出了良好的摩擦磨损性能,渗硼试样的比磨损率比未渗硼试样低50~60倍。     

激光冲击波对单晶合金抗热腐蚀性能的影响

针对镍基单晶高温合金叶片服役时受高温腐蚀工作环境影响极易疲劳断裂问题,研究了不同激光冲击次数下激光冲击强化对单晶合金抗热腐蚀性能的影响。利用显微硬度仪测量激光冲击前后合金纵截面的显微硬度;借助扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）观察和分析腐蚀层表面及纵截面的微观组织,并结合X射线衍射仪（XRD）确定腐蚀层表面相结构。实验结果表明：经激光冲击强化后,合金表面显微硬度和截面硬度影响层深度均随激光冲击次数的增加而增大;在短时热腐蚀实验中,当激光冲击次数增加到1次、2次、3次后,合金腐蚀最大单位面积增重量分别从未冲击合金的2.87 mg·cm^-2降低到2.17、1.81、1.10 mg·cm^-2,腐蚀层深度分别从91μm降低到65、41、27μm,且表面腐蚀坑的尺寸、深度和数量明显下降,保护性氧化膜致密性得到提高。所得结果表明激光冲击强化能有效提高900℃/75%Na₂SO₄-25%NaCl盐膜条件下单晶合金的抗热腐蚀性能。     

超光滑表面力学性能对比研究

研究加工误差达到纳米级的试件表面力学性能及其评价。首先,加工出表面粗糙度达到纳米级的玻璃和陶瓷两个试件,采用X射线衍射测试原理测试表层残余应力。其次,采用原理为Oliver-Pharr的纳米压痕法对试件进行破坏性实验,对比研究各参数测试结果值。结果表明,残余应力和硬度具有一定联系,这对表面完整性评价、改善加工工艺有一定指导意义。     

基于准连续介质力学法预测单晶铜的纳米硬度

采用准连续介质力学的数值方法,模拟了单晶铜纳米压痕试验中的初始塑性变形过程,获得了压头在不同压深时的载荷-压深的加载和卸载曲线,然后根据Oliver-Pharr方法计算出压头在不同压深时单晶铜的接触刚度、纳米硬度,并将获得的计算结果与相关文献的试验结果相比较。研究发现:单晶铜的接触刚度-位移曲线呈线性关系,纳米硬度-位移曲线存在尺寸效应现象,计算获得的纳米硬度值为0.755±0.027Gpa,这些结果与文献中实验获得的结果非常吻合,表明使用该方法预测材料纳米硬度是非常有效、正确和可行的。