sicpni纳米复合材料电沉积法制备和超塑性能分析

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1、摘要摘要纳米材料内部存在大量的晶界，使其在力、电、磁等方面具有比微米级材料更加优良的性能。．电沉积方法可以生产高密度无缺陷的纯金属纳米材料及复合材料，为研究与组织密切相关的超塑性提供了物质基础。众所周知，在纯纳米Ni中加入纳米尺度SiC颗粒可以细化基体晶粒，并起到阻碍晶粒长大的作用，从而达到稳定材料在变形过程中组织的目的，加上纳米SiC颗粒尺寸与基体尺寸的匹配，都会对材料性能产生有益的影响。为了研究SiC。／Ni纳米复合材料的性能，超塑变形行为及SiC颗粒的加入对材料性能尤其是超塑性能的影响，本文采用电沉积法制备了SiC。／Ni纳米复合材料，并进

2、行了超塑拉伸实验、纳米压痕／戈4痕实验、热处理、超塑胀形实验及FEM模拟等方面的研究。采用脉冲电沉积法制各了SiC。／Ni纳米复合材料，研究了电流密度、添加荆、SiC颗粒添加量对镀层的厚度、表面形貌及镀层SiC颗粒含量的影响。实验制得高密度无缺陷、平均晶粒约为42nm的SiC。／Ni纳米复合材料。采用拉伸试验，对SiCp／Ni纳米复合材料的超塑性能进行了研究，分析了温度和应变速率的变化对材料流动应力及超塑性的影响，实现了SiC州i纳米复合材料的高应变速率低温超塑性。通过对材料拉伸断口、试样表面形貌及变形后组织的SEM观察，分析了材料的断裂特征，并

3、对变形过程中的组织变化进行了阐释。采用XRD分析了材料变形前后结构的变化，分析了材料的氧化。通过组织观察及分析，对材料的超塑变形机制进行了初步探讨。采用纳米压痕实验，以恒定加载速度的方式研究了SiC。／Ni纳米复合材料及经过300％和400％变形的试样的室温机械性能，分析了变形对材料的硬度、模量的影响，阐释其中的原因。还通过纳米划痕实验研究了变形对材料的摩擦磨损性能的影响。采用常规热处理炉，在410。C萃n450℃对SiC。／Ni纳米复合材料进行热处理，分析了相同时间和温度条件下材料晶粒静态和动态长大情况，分析了变形对晶粒长大的影响。发现静态晶粒

4、长大对时间和温度都不如动态晶粒长大敏感，变形对晶粒长大的影响随着应变速率的增大而减小，提高组织稳定性是充分发挥材料良好性能及改善成形后性能的有益途径。采用自由胀形方法研究了SiC。／Ni纳米复合材料的超塑胀形性能，研究了变形温度、压力及凹模直径对成形性能和材料的组织变化的影响。采用哈尔滨工业大学工学博士学位论文SEM观察了成形件不同部位的组织变化，并与该材料在单向拉伸状态下的组织进行了对比分析。采用有限元法(FEM)模拟分析了超塑胀形过程中壁厚和应变速率分布，并与实验获得的厚度分布进行了对比，结果表明凹模直径对壁厚分布的影响最大。关键词纳米复合材

5、料；电沉积；超塑性；超塑成形；有限元模拟AbstractNanocrystallinematerialspossesssuperiorpropertiesinmechanical，electricalandmagneticfieldscomparedtotheirmicrocrystallinecounterpartsbecauseofhavinglargevolumefractionofgrainboundaries，．Electrodepositionmethodcanproducepurenanocrystallinematerialsan

6、dcompositesfreeofporosity,andthesematerialsallusefulfortheinvestigationonmicrostructure—relatedsuperplasticity．ThegrainsizeofNimatrixCanbereducedwiththeadditionofnanoSiCparticles，whichinhibitsthegraingrowth．Thus，thestructuralstabilityofthematerialduringdeformationCanbeenhance

7、d．SizecompatibilitybetweenSiCparticlesandthematrixcarlalsoimprovethepropertyofthematerial．SiCp／Ninanocompositewasproducedbyelectrodepositiontostudytheproperties,superplasficdeformation，andtheeffectofSiCparticlesontheproperties．Thefollowingresearchwascarriedoutbymeansofsuperpl

8、astictensiletests，nanoindentation，nanoscratching，annealing，superplas