近年来,具有独特微观结构和优异力学性能的纳米结构材料成为人们研究的热点。表面机械研磨处理(SMAT)方法不仅可以在材料表面制备出无污染、无缺陷及体致密的理想纳米材料,而且避免了纳米变形层与基体结合界面不牢固的缺陷。Cu-Ti合金是一种典型的时效硬化合金,它的时效温度较高于其他铜基合金,且时效处理后组织比较稳定,所以能在高温下服役。另外,因其具有高的导电导热性,而在电子工业领域以及乐器、装饰品等领域得到了广泛的应用,但是其低强度以及相对较差的耐磨、耐蚀性,限制了其更广泛的应用。本实验试图通过表面机械研磨方法来对典型时效硬化合金Cu-Ti合金进行表面强化,并探讨其纳米化机理及纳米化后性能变化。本文对Cu-2wt.%Ti及Cu-4wt.%Ti合金,先进行固溶处理,盐水淬火,之后分别进行45min和60min表面机械研磨处理,对其显微组织、结构、硬度、腐蚀性能、摩擦磨损性能等进行相关测试表征,探讨铜钛合金表面纳米化机理以及性能的变化。另外,对表面机械研磨处理后的合金分别进行30min、60min、90min、180min、240min的时效处理,然后观察其显微组织、结构和硬度的变化,探讨纳米化对其时效行为的影响。本文的研究结果为：(1)Cu-2wt.%Ti及Cu-4wt.%Ti合金在930℃固溶处理2小时后,在10%盐水里淬火,然后经表面机械研磨45min和60min后,表面都出现了几百微米厚的变形层,其中,纳米化60min的试样变形层要比45min的变形层厚。变形层主要以相互交错的孪晶为主,把粗晶分割成细小三角形和四边形。Cu-2wt.%Ti及Cu-4wt.％Ti合金经表面机械研磨处理60min和45min后,表层晶粒尺寸分别达到了约17nm和41nm。(2)Cu-2wt.%Ti及Cu-4wt.%Ti合金经过表面机械研磨处理后,塑性变形层与以往的从表面到基体晶粒由最细小到粗晶呈梯度变化有所不同,它出现了约501μm厚的分界层。分界层的出现与材料的纳米化机理有关,Cu-2wt.%Ti及Cu-4wt.%Ti合金都属于低层错能金属,变形初期主要以孪晶为主,但是当表面晶粒达到纳米级时,变形机制就会转变成以位错滑移为主,变形机制的转变可能是出现分界层的一个原因。在电子扫描图像上发现,Cu-2wt.%Ti及Cu-4wt.%Ti合金经纳米化后分界层内孪晶较少,有少量孪晶发生断裂。这是因为随着弹丸不断地撞击材料表面,应力应变会随之增加,表面在很高应力作用下,又加上孪晶界与位错的相互作用,使孪晶发生断裂,孪晶数量减少。(3)Cu-2wt.%Ti合金经表面机械研磨处理45min及60min后,表面硬度分别达到了200MPa和220MPa,与基体125MPa相比,分别提高了60%和76%。Cu-4wt.%Ti合金经表面机械研磨处理45min及60min后,表面硬度分别达到了230MPa和245MPa,与基体140MPa相比,分别提高了64%和75%。表面的纳米细晶层对材料起了细晶强化作用。(4)Cu-4wt.%Ti合金经表面机械研磨处理45min之后,与未纳米化的试样相比,反应电阻Rct减小了,而电感与电感电阻刚好相反。Cu-4wt.%Ti及Cu-2wt.%Ti合金纳米化60min前后,在腐蚀液为：0.05mol/LH2SO4和0.1mol/L CuSO4溶液中,纳米化60min后材料的腐蚀电流密度都增大了,说明Cu-4wt.%Ti及Cu-2wt.%Ti合金纳米化60min后,其腐蚀性能都有所下降。(5)Cu-2wt.%Ti与Cu-4wt.%Ti合金表面纳米化前后,其摩擦系数都是随着载荷的增加先降低最后趋于稳定。其中Cu-2wt.%Ti合金当载荷大于30N时,其纳米化前后的稳定摩擦系数相差不大,而在载荷不超过30N的情况下,纳米化后,材料摩擦系数明显小于未纳米化的材料摩擦系数。对于Cu-4wt.%Ti合金,当载荷不超过50N时,纳米化后的摩擦系数比未纳米化的摩擦系数小,材料的摩擦性能有所提高；当载荷超过50N后,纳米化前后,试样摩擦系数无太大差别。Cu-2wt.%Ti与Cu-4wt.%Ti合金表面纳米化后,其摩擦性能提高了(6)Cu-2wt.%Ti及Cu-4wt.%Ti合金表面纳米化45min后,在400℃经不同时间时效处理后,金相显微组织发生了明显变化。其中时效180min后金相组织变化最为明显,晶粒呈现多边形化,孪晶的交割程度大幅度提高。时效240min后,晶粒明显细化,细小的晶粒内部还有孪晶的出现,在大角度晶界处有新的晶粒出现,这可能发生了时效过程与再结晶过程的交叠。(7)Cu-2wt.%Ti及Cu-4wt.%Ti合金表面纳米化45min后,在400℃经不同时间时效处理后,显微硬度呈现先降低再升高到峰值,然后趋于平稳的趋势。材料表面硬度下降的原因可能是因为时效处理后表面晶粒有所长大,峰值的出现刚好在分界层附近,这可能和高密度的孪晶有关。