中国海洋大学等高校 | JMST | 摩擦后长出1.38 μm纳米晶保护层：析出强化马氏体钢的耐磨机制不只是“更硬”
2026-09-17 16:54:27
作者：中国海洋大学 来源：中国海洋大学
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速读：研究以LDED C300马氏体时效钢为基础，通过提高Ti、Al含量设计MS-TA，使传统强织构板条马氏体转变为平均晶粒约14.16 μm的等轴BCC基体，并引入晶界/晶内多尺度L2₁和Laves析出相。MS-TA准静态屈服强度达到1854.25 MPa、极限压缩强度2867.44 MPa，在41.47%压缩应变下仍保持较强承载能力；1500 s⁻¹下屈服和极限压缩强度分别为1639.35和2320.04 MPa。动态变形时，共格L2₁主要阻碍位错并抑制强烈晶格旋转，Laves相则通过层错介导剪切参与协调变形，而非直接脆裂。滑动磨损中，MS-TA在30–80 N下摩擦系数仅0.50–0.59，80 N磨损率降至6.36×10⁻⁶ mm³/(N·m)；摩擦诱导约1.38 μm纳米晶表层，与下方析出强化基体形成梯度承载结构，将深层塑性流动和疲劳剥落限制在近表面区域。成分体系：LDED C300马氏体时效钢及Ti/Al调控的析出强化马氏体时效钢组织特点：MS为典型强织构板条马氏体/BCC组织；Ti、Al调控后，MS-TA转变为平均晶粒约14.16 μm、取向较随机的等轴BCC组织，并形成高密度多尺度析出相。L2₁为有序**(Co,Ni)₂AlTi型Heusler相**，面积分数约12.6%，既以1–5 μm网络/带状形貌分布在晶界，也以约200 nm颗粒弥散于晶内，并与BCC基体满足**[011]L2₁∥[011]BCC取向关系、界面近共格；Laves相为约500 nm Fe₂(Ti,Mo)型HCP相**。这种“等轴BCC+晶界L2₁+晶内纳米L2₁+Laves”的层级异质结构削弱了LDED常见的强织构和连续外延生长。动态压缩后L2₁基本保持稳定，Laves内部出现层错和局部剪切；重载磨损后则形成纳米晶表层，而下方析出网络仍基本完整。合金工艺：以平均粒径约39 μm的商业C300球形粉末为基础原料，MS-TA通过向C300粉末中加入并充分混合Ti、Al粉末获得；正文未给出具体Ti、Al添加比例。两种材料均采用激光定向能量沉积（LDED）直接制备于Q355钢基板，优化参数为：1500 W激光功率、15 mm/s扫描速度、2 mm光斑直径、1.2 mm搭接间距、12 g/min送粉速率、15 L/min Ar气流量。正文未报道沉积后的固溶、时效或其他热处理步骤，因此本文比较的是直接LDED沉积态MS与MS-TA。力学测试包括10⁻³ s⁻¹准静态压缩和1500 s⁻¹ SHPB动态压缩；耐磨测试采用Si₃N₄对磨球，在30、50和80 N、1 Hz条件下干滑动30 min，这些属于性能评价条件，并非材料制备流程。
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