寬尺度電沉積納米晶Ni制備及S的擴(kuò)散行為研究.pdf

1、近些年來(lái)，納米金屬材料因其特殊的微觀結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出比傳統(tǒng)粗晶材料更為優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)和力學(xué)性能，如超高強(qiáng)度等，受到了各界廣泛的關(guān)注;但其塑韌性較差，大大降低其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。研究發(fā)現(xiàn)納米晶粒呈寬尺寸和梯度分布時(shí)，其強(qiáng)度、塑韌性都能得到明顯提高。因此，制得較寬晶粒尺寸分布、甚至成梯度分布的納米金屬材料是提高其綜合力學(xué)性能的最有效的方法。
　　制備納米晶鍍層有很多方法，如電沉積、脈沖激光沉積、化學(xué)氣相沉積和熱噴涂等，其中電沉積法是最方便

2、經(jīng)濟(jì)的一種，能制備出致密的純金屬、合金和復(fù)合材料的納米晶鍍層。故本文利用直流電沉積法制備納米晶Ni薄膜，系統(tǒng)分析電流密度和糖精濃度對(duì)納米晶Ni沉積速度、晶粒尺寸、結(jié)晶取向、顯微硬度和內(nèi)應(yīng)力的影響，并研究納米晶Ni晶粒尺寸和熱穩(wěn)定性的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn):(1)、電流密度在0.5-1.5A/dm2較小范圍時(shí)，調(diào)節(jié)糖精濃度可制備出415-603Hv的顯微硬度寬分布的納米晶Ni鍍層。(2)、糖精濃度為1.0g/L時(shí)，當(dāng)電流密度逐漸從0.5A/dm2

3、增加到4.1A/dm2:電沉積速度線(xiàn)性提高，試樣(200)晶面的衍射峰強(qiáng)度逐漸增強(qiáng);晶粒尺寸逐漸減小，在電流密度為2.2A/dm2時(shí)，晶粒尺寸減小為極小值，之后略有增大。(3)、電流密度為0.5A/dm2時(shí)，當(dāng)糖精濃度逐漸從0.4g/L增加到5.0g/L:電沉積速度線(xiàn)性提高，膜層(200)面衍射強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，結(jié)晶取向由(111)面擇優(yōu)取向轉(zhuǎn)變成(200)面擇優(yōu)取向;晶粒尺寸逐漸減小，在2.0g/L時(shí)減小為最小值，之后趨于穩(wěn)定;鍍層內(nèi)應(yīng)力

4、逐漸減小，并在1.2g/L時(shí)基本減小為0MPa。
　　不同晶粒尺寸納米晶Ni的DSC曲線(xiàn)分析表明:鍍層晶粒尺寸為10nm時(shí)，晶粒在317℃異常長(zhǎng)大，且隨著退火溫度的升高，試樣結(jié)晶取向由(200)面擇優(yōu)取向轉(zhuǎn)變成(111)和(200)雙取向結(jié)構(gòu)，而晶粒尺寸為28-77nm時(shí)，結(jié)晶取向始終是(200)面擇優(yōu)取向，只是其衍射峰強(qiáng)度略降低，晶粒尺寸略微增大。
　　由于雜質(zhì)對(duì)納米晶Ni性能的影響明顯，本文還利用第一性原理計(jì)算方法，從原

5、子層次分析了不同雜質(zhì)元素在Ni中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，結(jié)果顯示:N、O、P、S分別置換固溶于Ni32時(shí)，固溶體系形成難易程度為:Ni31N＜Ni31O＜ Ni31S＜Ni31P，均滿(mǎn)足熱力學(xué)穩(wěn)定條件，但穩(wěn)定性略有差別:Ni31S＜Ni31P＜ Ni31N＜Ni31O;由于S的危害最大，重點(diǎn)分析了S的影響，當(dāng)S以置換形式摻雜Ni8時(shí)結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，其次為OIS（八面體間隙）位置，最不易存在的位置為T(mén)IS（四面體間隙）;拉應(yīng)力作用下能提高Ni-S體系