电沉积纳米结构镍钴合金的力学性能及摩擦磨损特性研究
发布时间：2021-11-07 05:40
本论文采用脉冲电沉积的方法制备出具有不同钴含量的超细晶单/双相Ni-Co合金。选取Ni-20Co、Ni-50Co、Ni-70Co和Ni-80Co四种特征成分的Ni-Co合金,（其中20、50、70和80代表的是质量分数）,利用能谱仪（EDS）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）等检测手段对其成分、表面形貌及微观结构等进行详细的表征分析。通过系统的微纳力学测试和摩擦磨损实验探究了合金的力学性能、变形强化机制、摩擦学性能和磨损机理。主要研究成果如下:（1）随着镀液中Co2+含量的增加,合金镀层中的Co含量也逐渐增加,相应的合金表面由金字塔形晶粒形貌转变为球形形貌,并最终逐渐转变为树枝状簇体形貌。Ni-20Co和Ni-50Co合金为FCC单相结构,Ni-70Co和Ni-80Co合金是FCC+HCP双相混合结构,HCP相的含量分别为2%和17.7%。合金的晶粒尺寸都在200 nm左右,属于超细晶范畴。晶粒内部存在大量的纳米孪晶和堆垛层错等亚结构,其中Ni-50Co合金孪晶密度最大,纳米孪晶与层错连...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同纳米金属材料晶粒尺寸与拉伸塑性的关系[23]
第1章绪论5图1.2Ni应变速率敏感系数与晶粒尺寸关系图[24]Fig.1.2StrainratesensitivityplotforNiasafunctionofgrainsize通过材料的应变速率敏感系数m和激活体积V，来判断研究材料的变形机制[25-27]。传统粗晶FCC结构金属材料，V值大约在100-1000b3，，变形主要是由位错滑移所主导，然而对于纳米结构材料，变形机制不再是简单的位错交滑移，而是由多种机制共同作用。粗晶Ni应变速率敏感系数约为0.001-0.004，纳米晶Ni应变速率敏感系数增加了约100倍，大约为0.01-0.03，但是V却没有缩小到几b3，这是因为变形机制并没有单纯的由位错滑移转变为晶界滑移，而是晶界吸收了部分位错，并且发生了一个热激活过程。通过力学解析模型分析，Asaro等人[27]认为绝对意义上的纳米材料晶界发射的位错激活体积应该3-10b3。所以目前纳米结构材料的变形机理研究大多采用m值和V值来推断，研究表明对于超细晶（晶粒尺寸在100-500nm）金属材料来说，晶体内位错的产生及运动是变形的主要体现，当材料内部有着纳米孪晶或者第二相颗粒出现和分布时，变形机制不再由位错运动控制，而是因具有较高的晶界体积分数转变为由位错运动、晶界原子扩散和晶界滑移共同作用所主导。
第1章绪论7图1.3大塑形变形法的装置示意图：（a）高压扭转；（b）等通道角挤压Fig.1.3SchematicdrawingsofSPD:(a)HPT;(b)ECAE/ECAP图1.3（a）给出的是高压扭转变形法的装置示意图，该方法是在1985年被发现提出[29,30]。该装置主要由固定的模具和运动的压头组成。其制备过程如下：将材料固定在模具，在几个GPa的压力作用下，材料产生剧烈的塑性变形。同时，下面的模具同步开始转动，使粗晶材料在巨大的剪切力作用下粉碎成纳米级别的微粒。采用SPTS方法可以制备出平均晶粒尺寸在100nm左右的等轴晶粒的样品，主要适用于直径在10-20mm，厚度在0.2mm-0.5mm的圆柱形试样，无法用于大尺寸样品的加工制作。图1.3（b）给出的是ECAP法的装置示意图，该方法是最早在上个世纪80年代由Segal等人[31]提出的。最初该方法不是为了制备纳米材料的，直至上个世纪90年代初期，才被研究者完善发展并大量应用在制备超细晶纳米结构材料上。显而易见其模具中有两个相互交截的等截面通道，夹角大于等于90°。具体工艺流程如下：将传统粗晶材料从模具上端放入，施加载荷使材料经过90°的弯折从另一边压出，材料在弯折的过程中经历了剧烈的剪切变形，材料组织结构发生了显著的变化，在材料内部可以形成亚微米甚至纳米结构。同一试样重复上述过程，便可以实现晶粒细化，制得纳米结构块体材料。由于采用SPD法制备的材料晶粒在巨大的外力作用下明显细化，导致材料的强度和硬度都会明显增高。例如，经ECAP法挤压制造的工业纯钛[32]，强度在挤压前
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米材料制备方法及其研究进展[J]. 刘珍,梁伟,许并社,市野濑英喜. 材料科学与工艺. 2000(03)
硕士论文
[1]电沉积制备纳米晶镍基合金材料及性能研究[D]. 赵亚亚.长春工业大学 2016
本文编号：3481271
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同纳米金属材料晶粒尺寸与拉伸塑性的关系[23]
第1章绪论5图1.2Ni应变速率敏感系数与晶粒尺寸关系图[24]Fig.1.2StrainratesensitivityplotforNiasafunctionofgrainsize通过材料的应变速率敏感系数m和激活体积V，来判断研究材料的变形机制[25-27]。传统粗晶FCC结构金属材料，V值大约在100-1000b3，，变形主要是由位错滑移所主导，然而对于纳米结构材料，变形机制不再是简单的位错交滑移，而是由多种机制共同作用。粗晶Ni应变速率敏感系数约为0.001-0.004，纳米晶Ni应变速率敏感系数增加了约100倍，大约为0.01-0.03，但是V却没有缩小到几b3，这是因为变形机制并没有单纯的由位错滑移转变为晶界滑移，而是晶界吸收了部分位错，并且发生了一个热激活过程。通过力学解析模型分析，Asaro等人[27]认为绝对意义上的纳米材料晶界发射的位错激活体积应该3-10b3。所以目前纳米结构材料的变形机理研究大多采用m值和V值来推断，研究表明对于超细晶（晶粒尺寸在100-500nm）金属材料来说，晶体内位错的产生及运动是变形的主要体现，当材料内部有着纳米孪晶或者第二相颗粒出现和分布时，变形机制不再由位错运动控制，而是因具有较高的晶界体积分数转变为由位错运动、晶界原子扩散和晶界滑移共同作用所主导。
第1章绪论7图1.3大塑形变形法的装置示意图：（a）高压扭转；（b）等通道角挤压Fig.1.3SchematicdrawingsofSPD:(a)HPT;(b)ECAE/ECAP图1.3（a）给出的是高压扭转变形法的装置示意图，该方法是在1985年被发现提出[29,30]。该装置主要由固定的模具和运动的压头组成。其制备过程如下：将材料固定在模具，在几个GPa的压力作用下，材料产生剧烈的塑性变形。同时，下面的模具同步开始转动，使粗晶材料在巨大的剪切力作用下粉碎成纳米级别的微粒。采用SPTS方法可以制备出平均晶粒尺寸在100nm左右的等轴晶粒的样品，主要适用于直径在10-20mm，厚度在0.2mm-0.5mm的圆柱形试样，无法用于大尺寸样品的加工制作。图1.3（b）给出的是ECAP法的装置示意图，该方法是最早在上个世纪80年代由Segal等人[31]提出的。最初该方法不是为了制备纳米材料的，直至上个世纪90年代初期，才被研究者完善发展并大量应用在制备超细晶纳米结构材料上。显而易见其模具中有两个相互交截的等截面通道，夹角大于等于90°。具体工艺流程如下：将传统粗晶材料从模具上端放入，施加载荷使材料经过90°的弯折从另一边压出，材料在弯折的过程中经历了剧烈的剪切变形，材料组织结构发生了显著的变化，在材料内部可以形成亚微米甚至纳米结构。同一试样重复上述过程，便可以实现晶粒细化，制得纳米结构块体材料。由于采用SPD法制备的材料晶粒在巨大的外力作用下明显细化，导致材料的强度和硬度都会明显增高。例如，经ECAP法挤压制造的工业纯钛[32]，强度在挤压前
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米材料制备方法及其研究进展[J]. 刘珍,梁伟,许并社,市野濑英喜. 材料科学与工艺. 2000(03)
硕士论文
[1]电沉积制备纳米晶镍基合金材料及性能研究[D]. 赵亚亚.长春工业大学 2016
本文编号：3481271
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3481271.html
