纳米晶镍的制备、性能和微结构研究

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1、摘要纳米晶镍的制备、性能和微结构研究材料的力学性能取决于其成分和微结构。通过对普通多晶金属材料微结构演变的研究，其变形机制己为人们所深刻认识，并建立了比较系统和完善的理论，能够很好的解释所表现出来的力学行为。与普通多晶金属材料相比，纳米晶金属材料表现出许多独特的力学性能。但纳米晶金属材料微结构与力学性能之间的关系，变形过程中的微结构演变，以及相应的变形机制，目前依然不够清楚。本论文采用直流电沉积法制各出了不同晶粒尺寸的纳米晶镍试样；对纳米晶镍试样进行了拉伸变形，分析了拉伸曲线，测量了抗拉强度和断后伸长率，对拉伸断口进行了观察；分析了未经拉伸变形和经过拉伸变形的纳米晶镍试样的微结构。

2、在制备过程中，先保持阴极电流密度不变，在不同的糖精钠浓度下获得了不同晶粒尺寸的纳米晶镍(58．3nm～43．1rim)：再保持糖精钠浓度不变，通过增大阴极电流密度制各出了晶粒尺寸更小的纳米晶镍(40．7nm～35．1nm)：然后，在糖精钠基础上加入1，4一丁炔二醇后进一步减小了纳米晶镍的晶粒尺寸(26．9nm～25．2am)。拉伸试验结果表明，在所获得的整个晶粒尺寸范围内(58．3nm～25．2nm)，抗拉强度随晶粒尺寸的减小而增大，断后伸长率随晶粒尺寸减小而减小，显现出纳米晶镍与常规租晶金属材料的差异性。断口分析表明，当纳米晶镍的晶粒尺寸在50rim以上时，断口表面韧窝尺寸大、深

3、度深，呈现韧性断裂特征；而晶粒尺寸减小至401-1m左右时，断口表面韧窝尺寸减小、深度变浅，韧性断裂特征减弱：进一步减小晶粒尺寸至25nm左右时，断口形貌类似于粗晶金属材料的沿晶断裂，断口表面可清晰地观察到颗粒状(大小与晶粒尺寸相当)凸起，显现出沿晶断裂特征。不同晶粒尺寸的纳米晶镰试样的断口形貌特征与拉伸试验断后伸长率高低的测试结果基本吻合。TEM分析显示，当纳米晶镍的晶粒尺寸在50rim以上时，位错滑移机制在变形过程中起主要作用；而晶粒尺寸减小至40am左右时，位错所起的作用减弱，晶界滑移和晶粒转动机制的作用增强；进一步减小晶粒尺寸至25rim左右时，晶界滑移和晶粒转动机制起主导

4、作用。关键词：纳米晶镶，晶粒尺寸，拉伸性能，微结构Preparation，PropertiesandMicrostructuresofNanocrystallineNickelAbstractMechanicalprOpertiesofmaterialsdependontheircompositionsandmicrostructures．Thedeformationmechanismsofconventionalpolycrystallinemetalmaterialshavebeennotonlywellanderstood，bmalsohaveestablishedsyste

5、maticalandperfecttheories,whichc鼬successfullyexplaintheirmechanicalbehavior．Comparedwithconventionalpolycrystallinemetalmaterials，nanocrystallinemamriMsexhibitmanyoniquemechanicalproperties．However,fornanocrystallinemetalmaterials，therelationshipbetweenmicrostructuresandmechanicalproperties，mi

6、crostructmesevolutionduringdeformation,anddeformationmechanismsarestillonclear．Nanecrystallinenickelsp洳∞withdifferentgrainsizeweTepreparedbydirectcurrentelectrodepositiontechniqueincurrentpaper．Thennanocrystallinenickelspecimensweretensiledeformed．Tensilecurvg$wereanalyzed,ultimatetensilestren

7、gthsandelongationsto纽积ufeweremeasured．andhactllrcmorpholo百eswereobserved．Microstructuresofundefonnedanddeformednaneorystallinenickelspecimensweroinvestigated．Duringpreparationprocess，firstkeepingcathodecurrentdensityaconstant，nanocrysta