中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家(聯(lián)合)實驗室盧柯博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，利用金屬材料的表面納米化技術(shù)在解決金屬材料表面氮化這一重大技術(shù)難題上取得突破性進(jìn)展。近期出版的《科學(xué)》雜志刊登了此項研究成果。

    表面氮化是一種在工業(yè)中廣泛應(yīng)用的材料表面處理技術(shù)，通過該技術(shù)可在材料或部件的表面形成一層硬質(zhì)氮化物，以提高表面使役行為，如耐磨性、耐腐蝕性等。鋼鐵的表面氮化處理往往需要在500℃以上的高溫下進(jìn)行，處理時間長達(dá)數(shù)十小時，不僅耗能，而且許多材料和部件在如此高溫下長時間退火后會喪失其基體性能或出現(xiàn)變形，因此表面氮化技術(shù)的應(yīng)用受到很大限制。大幅度降低氮化溫度成為長期以來表面氮化技術(shù)應(yīng)用中所必須解決的重要技術(shù)“瓶頸”。

    由盧柯領(lǐng)導(dǎo)的研究小組與法國合作者呂堅教授共同提出的新技術(shù)，是對金屬材料表面進(jìn)行機(jī)械變形處理，通過嚴(yán)重塑性變形使其表層組織細(xì)化至納米量級，即在塊體金屬表面獲得一層通常只有幾十微米厚的納米晶組織。

    專家介紹說，表面納米化技術(shù)不但可以大幅度提高塊體材料的表面強硬度、耐磨性、抗疲勞性能等表面性能，而且表面層的納米組織可以顯著提高其化學(xué)反應(yīng)活性，使表面化學(xué)處理溫度下降。

    盧柯領(lǐng)導(dǎo)的研究小組先對純鐵進(jìn)行表面納米化處理，在幾十微米厚的表面層中獲得納米晶組織。然后利用常規(guī)氣體氮化處理在300℃保溫9小時后成功地實現(xiàn)了表面氮化，獲得10微米厚的氮化物層，而未經(jīng)處理的純鐵在同樣條件下幾乎無氮化物形成。性能測試結(jié)果表明在300℃下形成的表面氮化層具有很高的硬度、耐磨性和耐腐蝕性。

    有關(guān)專家認(rèn)為，這一結(jié)果證明鐵的表面氮化溫度可以利用表面納米化技術(shù)而大幅度下降，從而使表面氮化技術(shù)的適用面大大拓寬；同時也說明通過表面納米化技術(shù)可以實現(xiàn)材料表面結(jié)構(gòu)選擇性化學(xué)反應(yīng)。專家表示，這一成果再次顯示納米技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的升級改造具有重要的推動作用。