梯度纳米晶Ni箔的制备及其电流辅助微弯曲性能研究

发布时间：2020-05-27 22:24

【摘要】：纳米晶金属材料由于其晶粒尺寸极其细小,且含有大量的晶界或其他界面,从而表现出与普通金属材料不同的物理、化学及力学性能,是当今新材料领域中十分重要的研究对象。其中,纳米晶金属箔材的微塑性加工是制备微型零件的主要方法之一,被广泛的应用于微电子、微机电系统等领域。但与传统金属材料相比,纳米晶材料室温塑性比较差,使得纳米晶材料的成形加工成本过高,大大的限制了它的应用及推广。为解决上述问题,本文采用脉冲电沉积的方法制备了梯度纳米晶Ni箔,并在其微成形过程中引入高密度的脉冲电流作为辅助成形手段,以改善纳米晶金属箔材的微成形性能。脉冲电沉积制备的金属纳米晶材料具有成分均匀、孔隙率低、组织细小致密、表面硬度高等优点,因此本文采用该工艺,利用动态调整电沉积参数的方法,制备了在厚度方向晶粒尺寸呈梯度分布的纳米晶Ni箔。通过脆性实验及截面硬度测试分析了梯度纳米晶镍箔的韧性,与普通的均匀晶粒尺寸的纳米晶Ni箔的性能对比结果表明,晶粒尺寸梯度分布的纳米晶Ni箔具有更高的表面硬度、更好的韧性,因此更有利于微成形加工。设计了具有不同弯曲圆角及弯曲角度的“U”形及“V”形微弯曲模具,研究了两种不同纳米晶Ni箔的微弯曲性能,弯曲结果表明,梯度纳米晶Ni箔具有更好的微弯曲成形性能。为进一步提高材料成形性能,在“V”形微弯曲成形试验中引入了高密度的脉冲电流,研究了脉冲电流密度对弯曲回弹的影响。为深入分析脉冲电流对材料微弯曲回弹影响的作用机制,设计了脉冲电流条件下的应力松弛实验,通过TEM显微分析等方法进一步分析了脉冲电流在纳米晶Ni箔微成形过程中的作用机理。研究结果表明,高密度脉冲电流可在一定程度上促进弹性变形转变为塑性变形,从而提高纳米晶金属箔材的微弯曲成形能力,减少弯曲回弹,电流密度越大,该促进作用越明显。
【图文】：

屈服强度,晶粒尺寸,金属材料

图 1-1 晶粒尺寸与材料的屈服强度的关系[15]ig. 1-1 Relation between grain size and yield strength of materials金属材料的塑性性，一般来讲，是指金属材料在外加应力影响下，形而不损失其完整性的能力。普通金属材料的晶粒，一般其塑性随着晶粒尺寸的减小而增大。而纳米材出反 H-P 关系，因而大多数纳米晶金属材料表现出究结果表明, 当晶粒的尺寸降低至纳米级别时，，材粒尺寸的同成分材料的屈服强度要明显高出很多。米晶铝的抗拉强度和屈服强度分别为同成分粗晶材料。Koch[18]等人研究发现，晶粒尺寸小于 25 nm 的压低于 10 %,远小于粗晶铜的伸长率,并且纳米晶铜而减小。人[19]在氨基磺酸镍体系的镀液中通过直流、脉冲电寸的镍材料，并用 TEM 观察了纳米 Ni 微观组织

曲线,微纳米,工程应力,电沉积

图 1-2 电沉积微纳米 Ni 的工程应力-应变曲线[19]Curves of engineering stress versus engineering strain for electrmicrocrystalline and nanocrystalline Ni[19]金属材料的微塑性及超塑性成形技术80 年代末，微机电系统得到迅速发展，造成许多行增加[20]，为了满足需要，就要在保证质量降低成制造微型零件。微塑性成形指的是加工工件的尺度内的一种新型的塑性加工工艺。它不仅继承了以往展和拓宽了微细加工应用范围。微塑性成形工艺主，采用该工艺生产的零件的表面质量好、尺寸精度高、工艺简单、成本低，大量应用在微电子与微多认可，这种技术将会被应用到更多的领域，有属材料的强度、硬度随着晶粒尺寸的减小而显著增，因此不能采用传统的微塑性成形工艺进行加工。
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.1;TG14

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