爆炸诱发材料表面纳米化机理研究

本项目提出一种通过炸药爆炸能量诱发材料表面自身纳米化制备方法。主要原理是通过炸药产生的爆炸冲击载荷作用使材料表面与刚性基座发生高速撞击而一次引入大量高速率塑性变形，瞬间使整块材料表层形成大量位错、孪晶、层错和剪切带等内部缺陷，获得表面为纳米晶、晶粒尺寸沿厚度方向逐渐增大的梯度纳米结构层。此方法制备的纳米结构层具有面积大、层厚大、表面光洁、制备效率高、处理前后材料尺寸基本不变等特点。本项目致力于研究爆炸诱发材料表面纳米化的方法及机理；研究材料表面一次强烈塑性变形所涉及的大量位错运动和晶界演变过程；炸药爆炸能与晶体结构类型和堆垛层错能的关系；以及多次加载获得块状纳米结构体的可能性。本项研究将为材料表面纳米化开拓一种新方法，有可能会获得性能更好的表面纳米结构层，且制备过程更为快捷、高效，进一步推动材料表面纳米化的工业应用。爆炸诱发材料表面纳米化机理研究同样具有重要学术价值。

本项目是利用炸药化学能转化为机械冲击能，以爆炸加载方式，通过实验材料表面与刚性基座表面的强烈撞击，使材料表面产生强烈塑性变形，诱发材料表面产生各类微观缺陷，使其形成一定厚度纳米晶层。这是一种材料表面制备纳米层的新方法。通过本项目的研究成果证明，这一新方法具有可行性与科学性。. 本项目全部研究内容已完全达到计划书中预期的各项研究目标，分别完整研究了304不锈钢、Q235低碳钢、45号中碳钢、N6板、纯铜板等不同材料，并采用光学显微镜、X-射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜等检测方法对爆炸加载前后材料表面微观结构进行观测与分析，同时，利用显微硬度仪、磨损试验机对爆炸加载处理前后不同材料试样表面的物理力学性能进行了检测。研究结果证明：Q235低碳钢、45号中碳钢、纯铜板等获得极为理想纳米化成果，且纳米晶粒﹤5nm，纳米层较厚﹥20μm。爆炸加载后材料表面的物理力学性能均得到显著提高。