本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種采用小沖孔技術(shù)測量金屬表面納米化層力學(xué)性能的方法，其特征是將表面納米化的試樣在納米化層的背面切割成一直徑為10mm，厚度為0.1-0.5mm的圓片狀微型試樣，通過小沖孔實驗得到相關(guān)數(shù)據(jù)，采用能量法來獲取所測金屬納米層力學(xué)性能（包括屈服強度，抗拉強度）。本發(fā)明專利技術(shù)能有效測量金屬納米硬化層力學(xué)性能，有效的解決了金屬表面自身納米強化層力學(xué)性能測試難的問題?？梢詼y試各種方法制備的納米層，包括超聲沖擊、各種噴丸、滾壓、激光沖擊、表面研磨等方法形成的各種碳鋼、不銹鋼、有色金屬及合金鋼等金屬表面納米層的力學(xué)性能。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種采用小沖孔技術(shù)測量金屬表面自身納米化層力學(xué)性能的方法，特別涉及一種用于測量金屬表面納米化層屈服強度和抗拉強度的方法，可達有效解決金屬表面自身納米強化層力學(xué)性能測試難的問題。
技術(shù)介紹
納米晶體材料是指晶粒尺寸在納米量級(〈IOOnm)的多晶材料,它由位于晶粒內(nèi)部和晶界上的兩種分布不同的原子構(gòu)成。由于納米晶體材料的晶粒尺寸很小，晶界上原子占有較大的比例。結(jié)構(gòu)上的特殊性使納米晶體材料具有許多優(yōu)于傳統(tǒng)多晶材料的性能，如高強度、高比熱、高電阻率、高熱膨脹系數(shù)、及良好的塑性變形能力等。而金屬材料表面納米化 的概念，即將材料的表層晶粒細化至納米量級以提高材料表面性能(如強度、抗腐蝕和耐磨等)，而基體仍保持原粗晶狀態(tài)。根據(jù)納米材料的形成機制，金屬材料表面納米化可分為三種類型表面涂層納米化，表面自身納米化，混合納米化。由于表面納米化特別是金屬表面自納米化擁有很好工程的應(yīng)用前景，故其納米化后表面金屬納米層的力學(xué)性能的測量對于工程的應(yīng)用具有特別重要的意義。表面納米化后，金屬納米層厚度一般不超過1mm，對于該尺寸范圍內(nèi)的力學(xué)性能的測量目前還比較缺乏，主要采用納米壓痕，微硬度計等來測量彈性模量，表面硬度等力學(xué)參數(shù)，但是關(guān)于金屬薄膜屈服強度以及抗拉強度的測量目前還缺乏有效手段。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對金屬表面納米化后表面納米金屬薄膜層力學(xué)性能(屈服強度和抗拉強度)難以測量問題(厚度尺寸〈1mm)，提出一種采用小沖孔微試樣測試技術(shù)測量金屬表面納米化層力學(xué)性能的方法。本專利技術(shù)的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種采用小沖孔技術(shù)測量金屬表面納米層力學(xué)性能的方法包括金屬表面納米層的制備、取樣、小沖孔力學(xué)性能測及測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理。所述試樣制備，試樣沖擊后，取試樣部分沿縱向切開(線切割方法)，通過SEM (掃描電鏡)確認嚴重塑性變形層厚度，厚度達O. Imm以上可使用該方法測量。試樣首先通過機械拋光，去除表面約O. 02mm的材料，使材料表面光滑，粗糙度低于O. 25。然后將試樣沿納米化后處理面的背面整體切割，然后加工成一直徑為IOmm,厚度為O. 5-lmm的圓片狀試樣。試樣加工過程中拋光后的一面保持不變，對另一面通過機械方法打磨圓片試樣將試樣均勻減薄至SEM所測的嚴重塑性變形層厚度，同時保證加工后該面的粗糙度低于O. 25。試樣加工時要求配備良好的冷卻裝置，防止試樣表面因為加工時產(chǎn)生的熱量對試樣結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱影響。所述小沖孔試驗方法，對加工好的試樣在小沖孔試驗機上進行實驗，記錄實驗數(shù)據(jù)。實驗所用模具采用上下模整體六角螺紋緊固裝置，增加緊固性，方便安裝；選擇O.50mm/min作為初始加載速度,0. 05mm/min作為卸載速度來進行實驗。所記錄的實驗數(shù)據(jù)包括試樣被壓入過程中相應(yīng)的壓頭的載荷與位移。實驗所得數(shù)據(jù)采用能量法來獲取所測納米金屬薄膜層力學(xué)性能(包括屈服強度，抗拉強度)。本專利技術(shù)所述的一種采用小沖孔技術(shù)測量金屬表面納米化層力學(xué)性能的方法，可以有效地測量金屬表面自納米化層力學(xué)性能(屈服強度，抗拉強度)，解決目前該領(lǐng)域測量相關(guān)數(shù)據(jù)所遇到的問題，為表面納米化的工程應(yīng)用做好鋪墊。附圖說明圖I是超聲沖擊表面納米化不意圖。圖2是小沖孔加工所用試樣示意圖。圖3是小沖孔實驗所用模具示意圖(a、上模；b、下模)。圖4是實驗數(shù)據(jù)示意圖。 具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例對本專利技術(shù)進一步說明。一種采用小沖孔技術(shù)測量金屬表面納米化層力學(xué)性能的方法包括金屬表面納米層的制備，小沖孔試樣取樣及處理、小沖孔試驗以及測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理。參照圖I所述金屬表面納米層的制備采用超聲沖擊強化的方法。沖擊材料為304不銹鋼，沖擊過程中被處理金屬試樣安裝在旋轉(zhuǎn)設(shè)備上，按一定方向旋轉(zhuǎn)，速度約為2-5 π /s (角速度),超聲沖擊針頭與沖擊過程中針頭移動方向與試樣旋轉(zhuǎn)方向相反,速度為2-3m/s (線速度)，沖擊時間為120s。參照圖2所述試樣制備，試樣沖擊后，取試樣部分沿縱向切開(線切割方法)，通過SEM(掃描電鏡)確認嚴重塑性變形層厚度，厚度達O. 4_，確認可使用該方法測量。然后開始試樣制備，首先通過機械拋光，去除表面約O. Imm的材料，使材料表面光滑，粗糙度為O. 2。然后將試樣沿納米化后處理面的背面整體切割，然后加工成一直徑為10mm，厚度為O. 5mm的圓片狀試樣。試樣加工過程中拋光后的一面保持不變，對另一面通過機械方法打磨圓片試樣將試樣均勻減薄至O. 4mm (SEM所測的嚴重塑性變形層厚度)。試樣加工時要求配備良好的冷卻裝置，防止試樣表面因為加工時產(chǎn)生的熱量對試樣結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱影響。所述小沖孔試驗方法，加工好的試樣在萬能材料試驗機上通過進行小沖孔實驗，記錄實驗數(shù)據(jù)。選擇O. 50mm/min作為初始加載速度,O. 05mm/min作為卸載速度來進行實驗。參照圖3實驗所用模具采用上下模整體六角螺紋緊固裝置，增加緊固性，方便安裝。參照圖4實驗所得數(shù)據(jù)采用能量法來獲取所測納米金屬薄膜層力學(xué)性能(包括屈服強度，抗拉強度)。通過公式，可得測試后納米化樣品的屈服強度和抗拉強度(同種材料未處理樣品的相關(guān)參數(shù)及測試曲線列出作為對比)。表I試樣的屈服強度權(quán)利要求1.一種采用小沖孔技術(shù)測量金屬表面納米化層力學(xué)性能的方法，能有效測量金屬納米硬化層力學(xué)性能，有效的解決了金屬表面自身納米強化層力學(xué)性能測試難的問題。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，形成納米化后的試樣，強化層厚度達O.Imm以上可使用該方法測量。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，納米化后的試樣通過機械拋光，去除納米化后的表面上約O. 02mm厚的材料，使材料表面光滑，粗糙度低于O. 25。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，將表面納米化后的試樣在納米化層的背面切割，加工成一直徑為10mm、厚度為O. 5-lmm的圓片狀微型試樣；然后對納米化層的背面通過機械方法將試樣均勻減薄至該試樣所測的強化層厚度，并保證減薄后表面的粗糙度低于 O. 25。5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，對加工好的試樣在小沖孔試驗機上進行小沖孔實驗，記錄實驗數(shù)據(jù)；實驗所用模具采用上下模整體六角螺紋緊固裝置，增加緊固性，方便安裝；選擇O. 50mm/min作為初始加載速度,O. 05mm/min作為卸載速度來進行實驗；所記錄的實驗數(shù)據(jù)包括試樣被壓入過程中相應(yīng)的壓頭的載荷與位移。6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是，實驗所得數(shù)據(jù)采用能量法來獲取所測金屬納米層力學(xué)性能(包括屈服強度，抗拉強度)。7.根據(jù)權(quán)利要求I或6所述的方法，其特征在于，所述的能量法指通過公式8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述金屬表面納米層的制備，包括超聲沖擊方法、各種噴丸方法、滾壓方法、激光沖擊方法、表面研磨方法形成的金屬表面納米層；所述測試的材料包括各種碳鋼、不銹鋼、有色金屬及合金鋼。全文摘要本專利技術(shù)公開了一種采用小沖孔技術(shù)測量金屬表面納米化層力學(xué)性能的方法，其特征是將表面納米化的試樣在納米化層的背面切割成一直徑為10mm，厚度為0.1-0.5mm的圓片狀微型試樣，通過小沖孔實驗得到相關(guān)數(shù)據(jù)，采用能量法來獲取所測金屬納米層力學(xué)性能(包括屈服強度，抗拉強度)。本專利技術(shù)能有效測量金屬納米硬化層力學(xué)性能，有效的解決了金屬表面自身納米強化層本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種采用小沖孔技術(shù)測量金屬表面納米化層力學(xué)性能的方法，能有效測量金屬納米硬化層力學(xué)性能，有效的解決了金屬表面自身納米強化層力學(xué)性能測試難的問題。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：凌祥，楊新俊，周建新，
申請(專利權(quán))人：南京工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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