利用脉冲电铸技术制备含纳米颗粒的梯度功能材料

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1、利用脉冲电铸技术制备含纳米颗粒的梯度功能材料张文峰m(1．苏州职业大学机电系，江苏苏州215011；2．西安工业大学机电学院，陕西西安710032)[摘要]为探讨利用脉冲电沉积技术制备含有纳米颗粒的梯度功能材料，分析了脉冲电沉积过程中的主要工艺参数，研究了占空比对复合电铸层表面形貌的影响，通过控制电沉积时间和镀液中纳米ZrO，悬浮量制备了纳米复合电铸层，并对其横截面进行了SEM观察和组成成分测定。结果表明：通过控制脉冲复合电铸过程中的工艺参数可以制备出由纳米颗粒复合量变化而导致其组织成分呈梯度分布的纳米功能梯度材料，由此得到利用脉冲电铸技术制备含有纳米颗粒的FGM的新工艺。[关键

2、词】脉冲复合电铸；纳米颗粒；复合量；表面形貌；梯度功能材料[中图分类号】TQl53．4[文献标识码]A[文章编号]1001—3660(2008)05—0055—03StudyonPreparationofFunctionalGradientMaterialContainedNano-particlesbyPulseElectroformingZHANGWen-feng‘'2(1．DepartmentofMechanicalandElectricalEngineering，SuzhouVocationalCollege，Suzhou215011，China；2．CollegeofM

3、echanicalandElectricalEngineering，Xi’anTechnologicalUniversity，Xi’an710032，China)[Abstract]Theprocessingparameterofpulsecompositeelectroformingwasdiscussed．Theeffectofdutyratioonsurfacemorphologyofnano—compositeelectroformingdepositswasanalyzed．Nano—compositeelectroformingdepositswereprepared

4、bycontrollingtimeandZr02concentrationinelectrolyte．SEMandEDSwereusedfortheexaminationofcross—sectionmorphologyandthecomponentofnano—compositeelectroformingdeposits．Theresultsshowthatthepreparationoffunctionalgradientmaterial(FGM)withgradientcomponentiscarriedoutbycontrollingprocessparameters．

5、[Keywords]Pulsecomposite—electroforming；Nano-particles；Content；Surfacemorphology；Functionalgradientmaterial(FGM)0引言梯度功能材料(FGM)是一种新型复合材料，由于其组成成分和微观结构呈逐渐变化而使其具有良好的隔热和缓和热应力等性能。复合电沉积技术制备FGM是通过改变复合电沉积过程的工艺参数，最终使复合电铸层由于纳米颗粒复合造变化而导致其组织成分呈梯度分布，同时将纳米颗粒的许多特性赋予基质金属。利用复合电铸技术制备包含有纳米ZrO：颗粒的Ni—ZrO：复合电铸层，充分发

6、挥了纳米ZrO：颗粒的高熔点和低导热系数等优点，可以使复合电铸层高温氧化和耐高温磨损等性能得到明显提高；同时复合电铸工艺还具有工艺简单，成本低廉，操作温度低，可一次成型精密零部件等诸多优点，因此利用该技术制备FGM在航空航天等领域有着广阔的应用前景¨引。[收稿日期]2008—07—12[基金项目]国防基础研究基金资助项目(J1500E002)；江苏省自然科学基金重点资助项目(BK2004005)[作者简介]张文峰(1963一)，男，山西万荣人．博士，教授，主要从事特种加工和纳米表面工程方面的研究工作。本试验研究了采用脉冲复合电铸工艺制备含有纳米ZrO：颗粒FGM的可行性，分析了在

7、脉冲复合电铸过程中脉冲参数对复合电铸层表面形貌的影响，在此基础上制备出组成成分呈梯度变化的Ni—ZrO：复合电铸层。1脉冲电沉积的工艺参数及机理分析1．1脉冲电沉积及其工艺参数脉冲电沉积是指利用由脉冲电源所提供的脉冲电流进行电沉积的工艺过程。在实际应用中常采用脉冲电流的波形为矩形波，其波形示意图及基本参数如图l所示。在脉冲电沉积过程中，电流从接通到断开的时间t。为脉冲持续时间，称为脉冲宽度，即电沉积的工作过程；电流从断开到接通的时间t。为间歇时间，称为脉冲间隔，即不发生电沉积的过