表面纳米化对Cu-10Ni合金腐蚀性能影响及其在锂离子电池中的应用研究
发布时间：2021-08-12 11:12
由于Cu-10Ni合金具有良好的导电性、可加工性和耐腐蚀性,被广泛应用于海洋环境中。Cu-10Ni合金的失效往往首先发生在表面,而腐蚀是其失效的主要方式,因此,可以通过提高材料表面的综合性能达到改善Cu-10Ni合金耐蚀性的目的。表面纳米化（SNC）技术是提高金属材料性能和延长使用寿命的常见技术。本论文通过实验和理论研究,获得具有高抗蚀性白铜合金表面纳米化最佳制备工艺,为其推广应用奠定了基础,研究结果对指导白铜的腐蚀机理,丰富纳米晶腐蚀的理论具有重要意义。铜合金还可以作为负极集流体而应用于锂离子电池中,但其在使用过程中容易发生腐蚀,从而导致使用寿命缩短并影响电池的稳定性。因此,制备高耐腐蚀性和稳定的循环性能的集流体具有重要意义。纳米化可以提高铜合金耐蚀性能,增加与活性物质接触的比表面积,有效降低电池在充电和放电过程中活性物质的绝对体积膨胀率,增强与电解质的接触,以及提高导电性能。本文分别采用了超声喷丸技术（Ultrasonic shot peening,USSP）和超声表面滚压技术（Ultrasonic surface rolling process,USRP）对Cu-10Ni合金进行...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
显微硬度与晶粒尺寸关系示意图
第一章绪论4图1.2表面纳米化三种方式图1.2(a)是表面涂覆或沉积法，是指在金属材料表面涂覆或沉积纳米晶从而形成一定厚度的纳米层，该方法是基于PVD、CVD等涂覆和沉积技术。所述的涂覆材料可以是纳米尺寸的颗粒或多晶粉末，也可以是与基体材料相同或不同的材料制成。涂覆或沉积法可以保持纳米结构的主要原因是涂覆层与基体的结合以及颗粒之间的键合。这类方法的主要优点是：获得大小可控、较为均匀的纳米级晶粒，基体与纳米结构层有较为显著的界面，经过纳米化处理后材料的总体尺寸有所增加。图1.2(b)是表面自纳米化法。金属表面自纳米化是指通过在金属表面施加应力导致产生剧烈塑性变形，从而产生大量晶体缺陷，例如位错、孪晶和剪切带。如果位错密度继续增加到一定程度，就会产生湮灭、重组，形成具有亚微米尺度以下的晶粒。继续施加应力，位错将晶粒细化，最终会形成晶体学随机取向的纳米级晶粒。金属表面自纳米化中的表面机械加工处理法是指在金属表面形成的纳米层，成分与基体一致，显微结构呈梯度变化，在使用过程不易产生分层剥落和脱离，而且易于实现规模化生产，极具开发应用的潜力[24-26]。表面纳米结晶(SNC)技术是改善传统金属材料使用性能和服役寿命的实用方法，具有极大的发展和应用潜力[27]。有许多方法可以在金属材料表层形成梯度“纳米到微米”结构，如超声冷锻技术[28]，超声波纳米晶体表面改性[29]，超声波冲击处理[30]，超声喷丸[31]，超声表面滚压工艺[32]。对SNC技术的研究已经比较成熟，表面超声滚压工艺具有设备成本低，自动化水平高，生产规模大等优点。图1.2(c)混合纳米化示意图，可以看出在混合过程中结合了化学处理方法。在材料表层形成纳米晶与化学处理同时进行，或者在材料表面纳米晶形成后再实?
第一章绪论6图1.3铜镍合金的二元相图1.3纳米晶铜及铜合金腐蚀性能研究纳米材料因为其优良的性能被研究者普遍关注，成为近年来发展迅速的一种新型材料。表面纳米化对材料腐蚀行为的影响比较复杂，这是由于表面纳米化处理会对材料表面的成分、结构和状态造成影响，任何一个参数产生变化，都可能会使得材料耐腐蚀性能发生改变，而且加工方法、腐蚀介质、腐蚀温度也会影响其腐蚀行为。如果纳米化后表面粗糙度过大将会降低材料的耐磨性和抗腐蚀性能，表面产生裂纹也会降低抗腐蚀性能。改善金属表面性能的方法有很多，如喷丸[36-38]、超声表面滚压、超声表面研磨[39]、涂层、镀层、渗碳以及陶瓷化等，其中“表面纳米化”技术开发研究获得广泛的实际工程应用，提升了金属材料的使用性能和服役寿命。纯铜经过表面机械纳米化后，屈服强度由75MPa提高到450MPa。黄铜表面形成的纳米层有较高的耐磨性和抗腐蚀能力。B30合金表面形成晶粒尺寸约45nm的纳米层，表面硬度提高近5倍，抗腐蚀和磨损性能显著提高，原因是纳米晶有利于快速形成CuO保护膜。表面纳米化316L不锈钢和Fe-20Cr合金[40]，在SO42-介质中的钝化膜很容易被击穿，抗腐蚀性能反而降低，而在NaCl、硼酸和H2S溶液中则具有很好的抗腐蚀性能[41,42]。不锈钢、钛合金、铝合金、镍基合金和铜等经过表面纳米化处理后，表面硬度和抗腐蚀性能得到显著提高，而且可以有效提升金属材料的整体强度，但材料的塑性又没有降低[43-47]。表面纳米化后，Cu-Ti合金表面的晶粒细化导致硬度增加[48]。Amanov等人[49]采用超声喷丸处理工艺在Cu-Sn合金上形成表面纳米层，摩擦系数降低，耐磨性提高。Mao等人[50]使用机械锤击方法在B30铜合金表面上形成粒度约为45nm的纳米层。结果，耐腐蚀性得到显著?
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池隔膜及技术进展[J]. 王畅,吴大勇. 储能科学与技术. 2016(02)
[2]锂离子电池隔膜技术进展[J]. 肖伟,巩亚群,王红,赵丽娜,刘建国,严川伟. 储能科学与技术. 2016(02)
[3]Cu-30Ni合金机械冲击表面纳米化组织和性能（英文）[J]. 毛向阳,李东阳,王章忠,赵秀明,蔡璐. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013(06)
[4]表面纳米化Cu-10%Ni合金在硫酸钠溶液中的腐蚀行为[J]. 杨学军,林万明,李玉荣,侯利锋,卫英慧. 铸造设备与工艺. 2013(02)
[5]表面纳米化对316L不锈钢低周疲劳性能的影响[J]. 韩同伟,钟蜀晖. 力学季刊. 2007(01)
[6]铜及铜合金知识简介[J]. 李寿康. 金属世界. 2005(04)
[7]纳米孪晶纯铜的强度和导电性研究[J]. 卢柯. 中国科学院院刊. 2004(05)
[8]USSP表面纳米化Fe-20Cr合金的腐蚀性能及机制研究[J]. 李雪莉,李瑛,王福会,雍兴平. 中国腐蚀与防护学报. 2002(06)
[9]金属材料表面纳米化的研究现状[J]. 刘刚,雍兴平,卢柯. 中国表面工程. 2001(03)
[10]纳米金属的力学性能[J]. 周宇松,吴希俊. 力学进展. 2001(01)
博士论文
[1]铜及铜合金表面纳米化及其改性研究[D]. 林万明.太原理工大学 2011
本文编号：3338218
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
显微硬度与晶粒尺寸关系示意图
第一章绪论4图1.2表面纳米化三种方式图1.2(a)是表面涂覆或沉积法，是指在金属材料表面涂覆或沉积纳米晶从而形成一定厚度的纳米层，该方法是基于PVD、CVD等涂覆和沉积技术。所述的涂覆材料可以是纳米尺寸的颗粒或多晶粉末，也可以是与基体材料相同或不同的材料制成。涂覆或沉积法可以保持纳米结构的主要原因是涂覆层与基体的结合以及颗粒之间的键合。这类方法的主要优点是：获得大小可控、较为均匀的纳米级晶粒，基体与纳米结构层有较为显著的界面，经过纳米化处理后材料的总体尺寸有所增加。图1.2(b)是表面自纳米化法。金属表面自纳米化是指通过在金属表面施加应力导致产生剧烈塑性变形，从而产生大量晶体缺陷，例如位错、孪晶和剪切带。如果位错密度继续增加到一定程度，就会产生湮灭、重组，形成具有亚微米尺度以下的晶粒。继续施加应力，位错将晶粒细化，最终会形成晶体学随机取向的纳米级晶粒。金属表面自纳米化中的表面机械加工处理法是指在金属表面形成的纳米层，成分与基体一致，显微结构呈梯度变化，在使用过程不易产生分层剥落和脱离，而且易于实现规模化生产，极具开发应用的潜力[24-26]。表面纳米结晶(SNC)技术是改善传统金属材料使用性能和服役寿命的实用方法，具有极大的发展和应用潜力[27]。有许多方法可以在金属材料表层形成梯度“纳米到微米”结构，如超声冷锻技术[28]，超声波纳米晶体表面改性[29]，超声波冲击处理[30]，超声喷丸[31]，超声表面滚压工艺[32]。对SNC技术的研究已经比较成熟，表面超声滚压工艺具有设备成本低，自动化水平高，生产规模大等优点。图1.2(c)混合纳米化示意图，可以看出在混合过程中结合了化学处理方法。在材料表层形成纳米晶与化学处理同时进行，或者在材料表面纳米晶形成后再实?
第一章绪论6图1.3铜镍合金的二元相图1.3纳米晶铜及铜合金腐蚀性能研究纳米材料因为其优良的性能被研究者普遍关注，成为近年来发展迅速的一种新型材料。表面纳米化对材料腐蚀行为的影响比较复杂，这是由于表面纳米化处理会对材料表面的成分、结构和状态造成影响，任何一个参数产生变化，都可能会使得材料耐腐蚀性能发生改变，而且加工方法、腐蚀介质、腐蚀温度也会影响其腐蚀行为。如果纳米化后表面粗糙度过大将会降低材料的耐磨性和抗腐蚀性能，表面产生裂纹也会降低抗腐蚀性能。改善金属表面性能的方法有很多，如喷丸[36-38]、超声表面滚压、超声表面研磨[39]、涂层、镀层、渗碳以及陶瓷化等，其中“表面纳米化”技术开发研究获得广泛的实际工程应用，提升了金属材料的使用性能和服役寿命。纯铜经过表面机械纳米化后，屈服强度由75MPa提高到450MPa。黄铜表面形成的纳米层有较高的耐磨性和抗腐蚀能力。B30合金表面形成晶粒尺寸约45nm的纳米层，表面硬度提高近5倍，抗腐蚀和磨损性能显著提高，原因是纳米晶有利于快速形成CuO保护膜。表面纳米化316L不锈钢和Fe-20Cr合金[40]，在SO42-介质中的钝化膜很容易被击穿，抗腐蚀性能反而降低，而在NaCl、硼酸和H2S溶液中则具有很好的抗腐蚀性能[41,42]。不锈钢、钛合金、铝合金、镍基合金和铜等经过表面纳米化处理后，表面硬度和抗腐蚀性能得到显著提高，而且可以有效提升金属材料的整体强度，但材料的塑性又没有降低[43-47]。表面纳米化后，Cu-Ti合金表面的晶粒细化导致硬度增加[48]。Amanov等人[49]采用超声喷丸处理工艺在Cu-Sn合金上形成表面纳米层，摩擦系数降低，耐磨性提高。Mao等人[50]使用机械锤击方法在B30铜合金表面上形成粒度约为45nm的纳米层。结果，耐腐蚀性得到显著?
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池隔膜及技术进展[J]. 王畅,吴大勇. 储能科学与技术. 2016(02)
[2]锂离子电池隔膜技术进展[J]. 肖伟,巩亚群,王红,赵丽娜,刘建国,严川伟. 储能科学与技术. 2016(02)
[3]Cu-30Ni合金机械冲击表面纳米化组织和性能（英文）[J]. 毛向阳,李东阳,王章忠,赵秀明,蔡璐. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013(06)
[4]表面纳米化Cu-10%Ni合金在硫酸钠溶液中的腐蚀行为[J]. 杨学军,林万明,李玉荣,侯利锋,卫英慧. 铸造设备与工艺. 2013(02)
[5]表面纳米化对316L不锈钢低周疲劳性能的影响[J]. 韩同伟,钟蜀晖. 力学季刊. 2007(01)
[6]铜及铜合金知识简介[J]. 李寿康. 金属世界. 2005(04)
[7]纳米孪晶纯铜的强度和导电性研究[J]. 卢柯. 中国科学院院刊. 2004(05)
[8]USSP表面纳米化Fe-20Cr合金的腐蚀性能及机制研究[J]. 李雪莉,李瑛,王福会,雍兴平. 中国腐蚀与防护学报. 2002(06)
[9]金属材料表面纳米化的研究现状[J]. 刘刚,雍兴平,卢柯. 中国表面工程. 2001(03)
[10]纳米金属的力学性能[J]. 周宇松,吴希俊. 力学进展. 2001(01)
博士论文
[1]铜及铜合金表面纳米化及其改性研究[D]. 林万明.太原理工大学 2011
本文编号：3338218
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