本文關(guān)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(xué)和力學(xué)特性,在航空航天和工業(yè)制造等領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。電沉積法是制備納米晶較為常見(jiàn)與便利的方法。盡管國(guó)內(nèi)外對(duì)納米晶金屬的力學(xué)性能及拉伸、壓縮變形機(jī)制進(jìn)行了一定的研究,但對(duì)其疲勞性能的研究進(jìn)行的很少,而對(duì)納米晶金屬疲勞行為及其斷裂機(jī)理的研究可為其實(shí)際應(yīng)用奠定良好的理論基礎(chǔ)。本文通過(guò)對(duì)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(duì)鍍層組織性能的影響進(jìn)行研究,成功制備出高質(zhì)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(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)納米晶樣品進(jìn)行室溫常規(guī)力學(xué)性能檢測(cè)；采用電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)對(duì)納米晶試樣進(jìn)行應(yīng)變控制下的低周疲勞實(shí)驗(yàn)。通過(guò)能譜儀、X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡對(duì)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(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察和檢測(cè)分析,確定出電沉積制備納米晶鎳鐵合金的疲勞斷裂機(jī)制。本工作取得的研究結(jié)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(duì)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(xué)成分及微觀結(jié)構(gòu)的影響。在此基礎(chǔ)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(dòng)；鍍覆溫度60℃±1℃；pH值3.84±0.1；電流密度7A/dmm2。(2)實(shí)驗(yàn)制備的納米鎳鐵合金材料中Fe元素含量為17.65wt.%,晶粒細(xì)小,結(jié)晶致密,無(wú)裂紋與孔洞,無(wú)結(jié)瘤和麻點(diǎn)。通過(guò)對(duì)300個(gè)晶粒尺寸的統(tǒng)計(jì)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(nèi),屈服強(qiáng)度,抗拉強(qiáng)度與最大延伸率都基本保持不變。(3)疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)總應(yīng)變量大于0.6%時(shí),隨著總應(yīng)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(dāng)總應(yīng)變量小于0.6%時(shí),材料在105次循環(huán)周期下不發(fā)生斷裂,能夠達(dá)到預(yù)期壽命；隨著疲勞過(guò)程的不斷進(jìn)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(yīng)變量加載條件下,納米晶鎳鐵合金的表面都會(huì)出現(xiàn)剪切帶,并且隨著總應(yīng)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(guò)程中的斷裂行為表現(xiàn)出一定程度的應(yīng)變依賴。當(dāng)加載的總應(yīng)變量大于0.8%時(shí),試樣沿著一個(gè)主斷裂面斷裂成為兩個(gè)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(guān)鍵詞】：電沉積 納米晶 鎳鐵合金 低周疲勞 斷裂機(jī)制
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(xué)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(jié)構(gòu)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(xué)性能12-14
• 1.3.1 強(qiáng)度12
• 1.3.2 疲勞12
• 1.3.3 塑性12-13
• 1.3.4 應(yīng)變速率敏感性13
• 1.3.5 斷裂13-14
• 1.4 納米晶的變形機(jī)制14-16
• 1.4.1 晶界滑移機(jī)制14-15
• 1.4.2 晶界發(fā)射位錯(cuò)機(jī)制15
• 1.4.3 晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)制15
• 1.4.4 堆垛層錯(cuò)和孿晶15-16
• 1.5 選題意義及研究?jī)?nèi)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(chǔ)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(guò)程21-22
• 2.7 納米晶鎳鐵合金材料的檢測(cè)及表征22-23
• 第三章 工藝參數(shù)對(duì)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(duì)納米晶鎳鐵合金的影響23-26
• 3.1.1 光亮劑對(duì)鍍層表面形貌的影響23-24
• 3.1.2 光亮劑濃度對(duì)鍍層微觀結(jié)構(gòu)的影響24-26
• 3.2 攪拌方式對(duì)制備納米晶鎳鐵合金的影響26-27
• 3.2.1 攪拌方式對(duì)鍍層表面形貌的影響26
• 3.2.2 攪拌方式對(duì)鍍層化學(xué)成分的影響26-27
• 3.3 鍍液溫度對(duì)制備納米晶鎳鐵合金的影響27-29
• 3.3.1 鍍液溫度對(duì)鍍層沉積速率的影響27-28
• 3.3.2 鍍液溫度對(duì)鍍層顯微硬度的影響28-29
• 3.4 pH值對(duì)制備納米晶鎳鐵合金的影響29-32
• 3.4.1 pH值對(duì)鍍層沉積速率的影響29-30
• 3.4.2 pH值對(duì)鍍層顯微硬度的影響30-31
• 3.4.3 pH值對(duì)鍍層表面形貌的影響31-32
• 3.5 電流密度對(duì)制備納米晶鎳鐵合金的影響32-35
• 3.5.1 電流密度對(duì)鍍層沉積速率的影響32-33
• 3.5.2 電流密度對(duì)鍍層顯微硬度的影響33
• 3.5.3 電流密度對(duì)鍍層表面形貌的影響33-34
• 3.5.4 電流密度對(duì)鍍層化學(xué)成分的影響34-35
• 3.6 本章小結(jié)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(yàn)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(xué)性能檢測(cè)37-38
• 4.1.4 低周疲勞試驗(yàn)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(jié)構(gòu)分析41-42
• 4.2.3 微觀結(jié)構(gòu)觀測(cè)42-43
• 4.3 納米晶鎳鐵合金的常規(guī)力學(xué)性能測(cè)試43-45
• 4.3.1 顯微硬度測(cè)試43-44
• 4.3.2 拉伸性能測(cè)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(jī)制51-57
• 4.5 本章小結(jié)57-59
• 第五章 結(jié)論59-60
• 致謝60-61
• 參考文獻(xiàn)61-68
• 作者簡(jiǎn)介68
• 攻讀碩士學(xué)位期間研究成果68-69

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 王成林;鎳鐵合金電鍍工藝[J];材料保護(hù);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(hào)：869807