【摘要】：納米晶金屬材料由于其晶粒尺寸極其細(xì)小,且含有大量的晶界或其他界面,從而表現(xiàn)出與普通金屬材料不同的物理、化學(xué)及力學(xué)性能,是當(dāng)今新材料領(lǐng)域中十分重要的研究對(duì)象。其中,納米晶金屬箔材的微塑性加工是制備微型零件的主要方法之一,被廣泛的應(yīng)用于微電子、微機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域。但與傳統(tǒng)金屬材料相比,納米晶材料室溫塑性比較差,使得納米晶材料的成形加工成本過高,大大的限制了它的應(yīng)用及推廣。為解決上述問題,本文采用脈沖電沉積的方法制備了梯度納米晶Ni箔,并在其微成形過程中引入高密度的脈沖電流作為輔助成形手段,以改善納米晶金屬箔材的微成形性能。脈沖電沉積制備的金屬納米晶材料具有成分均勻、孔隙率低、組織細(xì)小致密、表面硬度高等優(yōu)點(diǎn),因此本文采用該工藝,利用動(dòng)態(tài)調(diào)整電沉積參數(shù)的方法,制備了在厚度方向晶粒尺寸呈梯度分布的納米晶Ni箔。通過脆性實(shí)驗(yàn)及截面硬度測(cè)試分析了梯度納米晶鎳箔的韌性,與普通的均勻晶粒尺寸的納米晶Ni箔的性能對(duì)比結(jié)果表明,晶粒尺寸梯度分布的納米晶Ni箔具有更高的表面硬度、更好的韌性,因此更有利于微成形加工。設(shè)計(jì)了具有不同彎曲圓角及彎曲角度的“U”形及“V”形微彎曲模具,研究了兩種不同納米晶Ni箔的微彎曲性能,彎曲結(jié)果表明,梯度納米晶Ni箔具有更好的微彎曲成形性能。為進(jìn)一步提高材料成形性能,在“V”形微彎曲成形試驗(yàn)中引入了高密度的脈沖電流,研究了脈沖電流密度對(duì)彎曲回彈的影響。為深入分析脈沖電流對(duì)材料微彎曲回彈影響的作用機(jī)制,設(shè)計(jì)了脈沖電流條件下的應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn),通過TEM顯微分析等方法進(jìn)一步分析了脈沖電流在納米晶Ni箔微成形過程中的作用機(jī)理。研究結(jié)果表明,高密度脈沖電流可在一定程度上促進(jìn)彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃?從而提高納米晶金屬箔材的微彎曲成形能力,減少?gòu)澢貜?電流密度越大,該促進(jìn)作用越明顯。
【圖文】：

圖 1-1 晶粒尺寸與材料的屈服強(qiáng)度的關(guān)系[15]ig. 1-1 Relation between grain size and yield strength of materials金屬材料的塑性性，一般來講，是指金屬材料在外加應(yīng)力影響下，形而不損失其完整性的能力。普通金屬材料的晶粒，一般其塑性隨著晶粒尺寸的減小而增大。而納米材出反 H-P 關(guān)系，因而大多數(shù)納米晶金屬材料表現(xiàn)出究結(jié)果表明, 當(dāng)晶粒的尺寸降低至納米級(jí)別時(shí)，，材粒尺寸的同成分材料的屈服強(qiáng)度要明顯高出很多。米晶鋁的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別為同成分粗晶材料。Koch[18]等人研究發(fā)現(xiàn)，晶粒尺寸小于 25 nm 的壓低于 10 %,遠(yuǎn)小于粗晶銅的伸長(zhǎng)率,并且納米晶銅而減小。人[19]在氨基磺酸鎳體系的鍍液中通過直流、脈沖電寸的鎳材料，并用 TEM 觀察了納米 Ni 微觀組織

圖 1-2 電沉積微納米 Ni 的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線[19]Curves of engineering stress versus engineering strain for electrmicrocrystalline and nanocrystalline Ni[19]金屬材料的微塑性及超塑性成形技術(shù)80 年代末，微機(jī)電系統(tǒng)得到迅速發(fā)展，造成許多行增加[20]，為了滿足需要，就要在保證質(zhì)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內(nèi)的一種新型的塑性加工工藝。它不僅繼承了以往展和拓寬了微細(xì)加工應(yīng)用范圍。微塑性成形工藝主，采用該工藝生產(chǎn)的零件的表面質(zhì)量好、尺寸精度高、工藝簡(jiǎn)單、成本低，大量應(yīng)用在微電子與微多認(rèn)可，這種技術(shù)將會(huì)被應(yīng)用到更多的領(lǐng)域，有屬材料的強(qiáng)度、硬度隨著晶粒尺寸的減小而顯著增，因此不能采用傳統(tǒng)的微塑性成形工藝進(jìn)行加工。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB383.1;TG14

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