電沉積制備納米晶Ni及ZrO2-Ni復(fù)合材料的超塑性和超塑成形.pdf

1、塊體納米材料一般指晶粒尺寸在1～100nm之間的多晶材料，由于其具有特殊的和優(yōu)異的物理和力學(xué)性能，成為材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。脈沖電沉積方法獲得的晶體具有較高的致密度和極少的孔隙率，是超塑性研究中的理想模型材料，但是在變形時(shí)納米純金屬的晶粒由于晶界缺乏釘扎元素而容易長(zhǎng)大，在一定程度上損失了材料良好的納米效應(yīng)。納米增強(qiáng)相的加入有效提高了材料熱穩(wěn)定性，這對(duì)材料的超塑性是有益的。本文采用脈沖電沉積方法制備了納米Ni和ZrO2/Ni納米復(fù)合材料

2、，研究了兩種納米材料的力學(xué)性能及組織演化，同時(shí)采用超塑脹形和微拉深實(shí)驗(yàn)研究了材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的成形性能。
　　脈沖電沉積方法制備了納米Ni和ZrO2/Ni納米復(fù)合材料，研究了脈沖電流密度、C7H5NO3S含量等沉積因素對(duì)材料顯微組織和脆性的影響。正交實(shí)驗(yàn)獲得了電沉積的最佳工藝條件，在此條件下納米Ni的平均晶粒尺寸為70nm，ZrO2/Ni納米復(fù)合材料基體Ni的平均晶粒尺寸為45nm，大部分晶粒呈等軸狀，符合超塑性對(duì)組織的要求。

3、
　　通過(guò)拉伸和納米壓痕試驗(yàn)研究了納米Ni和ZrO2/Ni納米復(fù)合材料的室溫力學(xué)性能，分析了晶粒尺寸和增強(qiáng)相粒子對(duì)材料的強(qiáng)化作用。在370～500℃℃溫度范圍和8.33×10-4s-1～5×10-2s-1應(yīng)變速率范圍內(nèi)通過(guò)拉伸試驗(yàn)研究了納米Ni和ZrO2/Ni納米復(fù)合材料的超塑性能，分析了溫度和應(yīng)變速率對(duì)材料超塑性能的影響。在拉伸過(guò)程中，納米Ni實(shí)現(xiàn)了低溫超塑性，而ZrO2/Ni納米復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)了低溫高應(yīng)變速率超塑性。
　　

4、通過(guò)SEM分析了納米Ni和ZrO2/Ni納米復(fù)合材料在超塑拉伸時(shí)的斷口和表面形貌變化，TEM觀察了超塑拉伸時(shí)的顯微組織變化。并以組織觀察為基礎(chǔ)，分析了納米Ni和ZrO2/Ni納米復(fù)合材料斷裂特征、晶粒運(yùn)動(dòng)特征，以及位錯(cuò)、孿晶、Ni-S相形成對(duì)超塑變形的協(xié)調(diào)作用。溫度是誘發(fā)超塑變形時(shí)晶粒長(zhǎng)大的主要因素。ZrO2/Ni納米復(fù)合材料的晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象遠(yuǎn)不如納米Ni明顯，這是其超塑性能更優(yōu)越的主要原因。
　　通過(guò)FEM模擬了納米材料在溫度為4

5、50℃，應(yīng)變速率為1.67×10-3s-1～1.67×10-2s-1超塑脹形時(shí)應(yīng)變速率和厚度分布情況，并根據(jù)結(jié)果選定了實(shí)際脹形選用的應(yīng)變速率。同時(shí)FEM模擬了恒定應(yīng)變速率下的理論加壓曲線，利用材料的高應(yīng)變速率敏感指數(shù)值改善厚度分布的均勻性。ZrOm2/Ni納米復(fù)合材料在凹模直徑分別為1mm、2mm和5mm時(shí)均能超塑脹形成功。SEM觀察了脹形件頂端和側(cè)壁的組織變化和空洞行為，并分析了其形成原因。溫度是影響納米材料微成形性能的主要因素，Zr