中文摘要：

研究机械合金化表面改性过程中，粉末材料与基体金属的相互作用及合金涂层的形成机理。建立机械合金化表面改性涂层生长的物理模型；研究不同种类粉末与不同性质基体材料之间的相互作用规律（如塑性粉体的变形、扁平化，硬质粉体的挤入过程与破碎等）；研究粉体材料与基体的结合界面在机械合金化过程中的形成规律以及涂层与基体的界面控制及近结合界面基体塑性变形层对界面扩散和结合性质的影响；研究粉末成分设计及球磨工艺对涂层形成过程及涂层成分、性能的影响，可望通过控制球磨能量和球磨时间等多元参数调控合金化进程，从而达到控制涂层组织、性能的目的；表征机械合金化涂层界面的结合性质与结合力，界面组织应力、基体塑性变形情况及涂层整体性能与合金设计、球磨工艺的相关性。本申请选择可用于石油化工、能源动力、武器装备等领域的各类金属管的内壁耐热、耐氧化及耐磨损等特种涂层制备为研究对象，具有重要的科学意义，并将产生显著的社会经济效益。

结论摘要：

本项目致力于金属材料机械合金化表面改性的研究，建立了机械合金化表面改性涂层生长的物理模型，通过计算机数值模拟研究了机械合金化表面涂层制备过程中磨球撞击基板的力学响应机制以及磨球撞击对基体与涂层界面形貌的影响。选用合适的内壁耐热、抗氧化及耐磨损涂层体系配置初始粉末体系，将金属管状部件的局部镶嵌于改装球磨罐的内壁凹槽内，运用高能行星式球磨机对金属管状部件进行表面涂覆处理。结合显微分析方法（XRD，SEM，EDS，TEM等）研究了不同粉末特性对涂覆效率及微观组织的影响规律；同时，结合涂层显微硬度测试、腐蚀性能测试、高温抗氧化实验及摩擦磨损实验等对涂层性能进行表征。研究了塑性粉末-硬质基体（Ti-Cu/TC4，Ti-Cr/TC4，Ti-Al/TC4，Ti-Al-Cr/TC4，Ti-Cu-Al/TC4， NiCrAlY/Q235、Ni-Al/Q235、Al基陶瓷/SUS304）、硬质粉末-塑性基体（W/Cu）、塑性粉末-塑性基体（W-Cu/Cu）等组合体系在机械合金化过程中粉末与基体材料之间的相互作用规律（如塑性粉体材料的变形、扁平化与粘接、扩散，硬质粉体的挤入过程与破碎等）；研究了粉体材料与基体的结合界面在机械合金化过程中的形成规律以及涂层与基体的界面控制及近结合界面基体塑性变形层对界面扩散和结合性质的影响；研究了粉体材料的合金化行为以及粉体材料在连续高能机械作用下与基体材料的合金化行为对机械合金化涂层物相、组织及形貌的影响，从而分析并研究了采用混合金属粉体作为预制涂层体系时出现的涂层分层的现象，进而在研究机械合金化过程中界面增厚动力学以及合金形成动力学的基础上分析并总结了不同粉末-基体组合体系机械合金化过程中涂层形成的基本机制。同时，研究了粉末成分设计及球磨工艺对涂层形成过程及涂层成分、性能的影响，探讨粉末成分以及球磨工艺参数对涂层组织、性能的影响机制，进而通过控制球磨能量和球磨时间等多元参数调控合金化进程，选择性优化涂层组织、性能；研究并表征了机械合金化涂层界面的结合性质与结合力，并对界面组织应力、基体塑性变形情况及涂层整体性能与合金设计、球磨工艺的相关性进行了探讨。本项目不仅完成了申请书提出的相关研究内容，而且还在此基础上扩充了部分陶瓷表面金属化的研究，通过对比分析更深层次地理解了金属材料表面机械合金化改性涂层的形成机制。