本文關鍵詞：電沉積納米晶鎳—鐵合金的制備與低周疲勞行為

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【摘要】：納米晶材料由于具有不同于傳統(tǒng)粗晶材料的物理,化學和力學特性,在航空航天和工業(yè)制造等領域發(fā)揮著至關重要的作用。電沉積法是制備納米晶較為常見與便利的方法。盡管國內外對納米晶金屬的力學性能及拉伸、壓縮變形機制進行了一定的研究,但對其疲勞性能的研究進行的很少,而對納米晶金屬疲勞行為及其斷裂機理的研究可為其實際應用奠定良好的理論基礎。本文通過對光亮劑A、B含量、攪拌方式、鍍液溫度、pH值和電流密度等工藝參數(shù)的變化對鍍層組織性能的影響進行研究,成功制備出高質量的納米晶鎳鐵合金材料并確定出最佳的工藝參數(shù)。使用顯微硬度儀與拉伸實驗機對納米晶樣品進行室溫常規(guī)力學性能檢測；采用電液伺服疲勞試驗機對納米晶試樣進行應變控制下的低周疲勞實驗。通過能譜儀、X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡對制備所得的納米晶鎳鐵合金樣品的成分、相組成、斷口表面、顯微結構進行觀察和檢測分析,確定出電沉積制備納米晶鎳鐵合金的疲勞斷裂機制。本工作取得的研究結果如下：(1)研究討論了攪拌方式、光亮劑A與B含量、pH值、鍍液溫度、陰極電流密度等電沉積工藝參數(shù)對所制備的納米鎳鐵合金材料的表面顯微形貌、顯微硬度、化學成分及微觀結構的影響。在此基礎上,確定電沉積最佳工藝參數(shù)為：光亮劑A(糖精)、B(1、4-丁炔二醇)濃度分別為0.5g/L和2g/L;攪拌方式為陰極連續(xù)移動；鍍覆溫度60℃±1℃；pH值3.84±0.1；電流密度7A/dmm2。(2)實驗制備的納米鎳鐵合金材料中Fe元素含量為17.65wt.%,晶粒細小,結晶致密,無裂紋與孔洞,無結瘤和麻點。通過對300個晶粒尺寸的統(tǒng)計分析得出平均晶粒尺寸為23nm。納米晶鎳鐵合金的顯微硬度為553.40Hv；在10-3s-1到100s-1的范圍內,屈服強度,抗拉強度與最大延伸率都基本保持不變。(3)疲勞實驗結果表明：當總應變量大于0.6%時,隨著總應變量的增大,納米晶鎳鐵合金的失效循環(huán)次數(shù)逐漸降低。當總應變量小于0.6%時,材料在105次循環(huán)周期下不發(fā)生斷裂,能夠達到預期壽命；隨著疲勞過程的不斷進行,納米晶鎳鐵合金表現(xiàn)出循環(huán)硬化的特性；在不同的總應變量加載條件下,納米晶鎳鐵合金的表面都會出現(xiàn)剪切帶,并且隨著總應變量的增大,剪切帶也隨之更為密集。(4)納米晶鎳鐵合金在低周疲勞過程中的斷裂行為表現(xiàn)出一定程度的應變依賴。當加載的總應變量大于0.8%時,試樣沿著一個主斷裂面斷裂成為兩個部分。SEM和TEM觀察發(fā)現(xiàn)納米晶鎳鐵合金的疲勞裂紋萌生于微孔聚集處,斷裂方式為微孔聚集型斷裂與沿晶脆性斷裂共存的混合型斷裂。
【關鍵詞】：電沉積 納米晶 鎳鐵合金 低周疲勞 斷裂機制
【學位授予單位】：長春工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;TG141
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-8
• 第一章 緒論8-18
• 1.1 納米材料的基本概念8-9
• 1.1.1 納米及納米科學的定義8-9
• 1.1.2 納米材料的種類劃分9
• 1.1.3 納米材料的結構特征9
• 1.2 納米晶材料的制備方法9-12
• 1.2.1 惰性氣體蒸發(fā)冷凝法10
• 1.2.2 非晶晶化法10
• 1.2.3 溶膠-凝膠法10-11
• 1.2.4 電沉積法11-12
• 1.3 納米晶金屬材料的力學性能12-14
• 1.3.1 強度12
• 1.3.2 疲勞12
• 1.3.3 塑性12-13
• 1.3.4 應變速率敏感性13
• 1.3.5 斷裂13-14
• 1.4 納米晶的變形機制14-16
• 1.4.1 晶界滑移機制14-15
• 1.4.2 晶界發(fā)射位錯機制15
• 1.4.3 晶粒轉動機制15
• 1.4.4 堆垛層錯和孿晶15-16
• 1.5 選題意義及研究內容16-18
• 第二章 不同工藝下電沉積納米晶鎳鐵合金材料的制備18-23
• 2.1 電沉積制備的基礎理論18-19
• 2.2 納米晶試樣制備裝置19-20
• 2.3 電沉積鍍液成分20
• 2.4 鍍前處理20
• 2.5 鍍液配制20-21
• 2.6 工藝條件優(yōu)化過程21-22
• 2.7 納米晶鎳鐵合金材料的檢測及表征22-23
• 第三章 工藝參數(shù)對電沉積納米晶鎳鐵合金微觀形貌及性能的影響23-36
• 3.1 光亮劑濃度對納米晶鎳鐵合金的影響23-26
• 3.1.1 光亮劑對鍍層表面形貌的影響23-24
• 3.1.2 光亮劑濃度對鍍層微觀結構的影響24-26
• 3.2 攪拌方式對制備納米晶鎳鐵合金的影響26-27
• 3.2.1 攪拌方式對鍍層表面形貌的影響26
• 3.2.2 攪拌方式對鍍層化學成分的影響26-27
• 3.3 鍍液溫度對制備納米晶鎳鐵合金的影響27-29
• 3.3.1 鍍液溫度對鍍層沉積速率的影響27-28
• 3.3.2 鍍液溫度對鍍層顯微硬度的影響28-29
• 3.4 pH值對制備納米晶鎳鐵合金的影響29-32
• 3.4.1 pH值對鍍層沉積速率的影響29-30
• 3.4.2 pH值對鍍層顯微硬度的影響30-31
• 3.4.3 pH值對鍍層表面形貌的影響31-32
• 3.5 電流密度對制備納米晶鎳鐵合金的影響32-35
• 3.5.1 電流密度對鍍層沉積速率的影響32-33
• 3.5.2 電流密度對鍍層顯微硬度的影響33
• 3.5.3 電流密度對鍍層表面形貌的影響33-34
• 3.5.4 電流密度對鍍層化學成分的影響34-35
• 3.6 本章小結35-36
• 第四章 納米晶鎳鐵合金低周疲勞性能研究36-59
• 4.1 試驗方法36-39
• 4.1.1 納米晶鎳鐵合金的制備36-37
• 4.1.2 納米晶鎳鐵合金的性能表征37
• 4.1.3 常規(guī)力學性能檢測37-38
• 4.1.4 低周疲勞試驗38-39
• 4.2 納米晶鎳鐵合金的組織性能表征39-43
• 4.2.1 成分分析39-41
• 4.2.2 相組成及結構分析41-42
• 4.2.3 微觀結構觀測42-43
• 4.3 納米晶鎳鐵合金的常規(guī)力學性能測試43-45
• 4.3.1 顯微硬度測試43-44
• 4.3.2 拉伸性能測試44-45
• 4.4 納米晶鎳鐵合金的低周疲勞性能45-57
• 4.4.1 低周疲勞壽命45-46
• 4.4.2 循環(huán)硬化現(xiàn)象46-48
• 4.4.3 表面變形特征48-50
• 4.4.4 疲勞斷口分析50-51
• 4.4.5 納米晶鎳鐵合金的疲勞斷裂機制51-57
• 4.5 本章小結57-59
• 第五章 結論59-60
• 致謝60-61
• 參考文獻61-68
• 作者簡介68
• 攻讀碩士學位期間研究成果68-69

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據庫 前2條

1 王成林;鎳鐵合金電鍍工藝[J];材料保護;2000年02期

2 陳彩虹,賀澤全,沈裕軍,屈曙光;電沉積鎳鐵合金工藝研究[J];礦冶工程;2000年02期

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本文編號：869806