【中文摘要】块体纳米晶材料具有优异的力学性能，是材料科学研究的热点领域之一。目前块体纳米结构材料的制备技术存在高成本、低效率以及难以制备无缺陷、高韧性和大尺寸材料的问题，严重限制了块体纳米晶材料的基础研究和工程应用。因此，发展低成本、可制备大尺寸、具有优异力学性能的块体纳米晶材料制备技术具有重要的意义。燃烧合成熔化技术是一种新颖的低成本和有潜力制备大尺寸块体纳米晶材料的制备方法，本项目将利用该方法制备洁净的同时具有高强度和良好韧性的块体纳米晶Fe-C、Fe-Ni合金和Fe3Al金属间化合物；研究制备工艺参数、材料组成、微观结构特征以及材料力学性能和抗磨损性能的相互关系规律；提出纳米晶形成的物理机制以及材料的制备工艺设计原则，为该技术制备纳米晶材料提供理论基础。研究结果将发展一种新型、低能耗、低成本、工艺简单、具有放大潜力的块体纳米晶材料制备方法。
【结题摘要】低成本制备大尺寸纳米结构材料制约了块体纳米材料的基础研究和实际应用。本项目通过燃烧合成熔化技术制备了几种具有不同纳米结构的Fe-C、Fe-Ni、Fe-B和Fe-Si铁基合金材料，所制备材料具有高强度和高韧性。系统研究了所制备材料的纳米结构特征、力学和摩擦学性能，研究了制备工艺和材料组分对材料微观结构和力学与摩擦学性能的影响，研究了纳米结构特征与材料力学和摩擦学性能的关系。发现，材料制备工艺和组分影响材料的微结构特征，进而影响了材料的性能。所制备材料的微结构包括纳米层状共晶、纳米等轴晶、纳米马氏体和复合纳米结构。所制备纳米材料的强度显著的高于对应的微米晶材料。所制备纳米结构材料的抗磨损性能与对应微米晶材料相比，在不同实验条件下表现出不同的结果。不同结构的纳米材料对材料性能的增强效应不同。提出了燃烧合成纳米结构材料的制备工艺控制和组分设计原则，获得了燃烧合成纳米结构材料的可控制备，阐述了燃烧合成纳米结构形成的物理机制，在一定程度上认识了纳米结构形态对材料性能的影响，探讨了高强高韧纳米结构材料的要素。