何家文

(西安交通大学材料学院，西安 710049)

0 引 言

21世纪初提出的表面纳米化，主要论点是高强度喷丸、滚压后生成纳米晶，根据Hall-Petch关系，晶粒越细强度越高，可以延缓裂纹萌生，提高疲劳强度。无论是喷丸、滚压处理工艺，亦或是摩擦磨损，本质上都是加工硬化，用塑性换强度。金属材料服役性能的基本准则，是根据工况适当调节强度和塑性以实现优化。即使是如轴承等以硬度为主的耐磨件，也需有一定塑性才能提高寿命,表面纳米化的强度越高越好是违反这个原则的。就组织结构而言，喷丸、滚压或摩擦磨损都属于冷加工，形成的组织结构相似。摩擦磨损是人类最初接触到的载荷形式，远早于拉压弯扭，20世纪已进行过大量研究。表面纳米化的文章从不提摩擦磨损的研究结果，却在21世纪初纳米化风兴起时，以金属材料较少使用的纳米化这个名称作为其创新之处。喷丸是实用性极强的加工工艺，但迄今没有一款产品是按照表面纳米化的要求进行生产的。除工程实践已经对表面纳米化作出判断外，还有必要从金属学原理对其进行分析，才能对其有一个全面认识。

1 摩擦学组织结构研究成果

20世纪七八十年代对摩擦磨损的组织结构进行了系统研究。1986年1篇总结前10 a摩擦磨损组织结构的文章明确指出，表面变形得到的是位错胞或亚晶[1]。当年用铜块和铁环作相对摩擦，在速度1 cm·s-1、载荷66 N下滑动12 m后得到的组织如图1所示。铜块表层晶粒在相对滑动中变形生成位错胞,深度8 μm处的位错胞呈现沿滑动方向拉长的形态，深度15 μm处的趋于等轴状。……