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電刷鍍大塊納米銅的制備及力學性能研究

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電刷鍍大塊納米銅的制備及力學性能研究

發布日期:2019-04-09 作者: 點擊:

  研究工作得到了如下結論:

  

  1.利用改進的電刷鍍技術制備了高冶金質量,具有真正納米晶結構的大塊納米銅樣品。鍍筆由棉花和丙綸布包裹的不銹鋼(AISI304)構成。鍍液由 CuSO_4·5H_2O,NH_4NO_3,C_6H_8O_7·H_2O和少量添加劑組成。電刷鍍時鍍液中的[Cu(NH_3)_6]~(2+)絡合 物離子在超電壓的作用下,獲得電子而還原,形成納米銅沉積。沉積層首先以二維形式形核張大,然后以三維方式成長。電刷鍍納米銅沉積結構受基體表面狀態影 響,高的表面質量有益于得到高質量的納米銅沉積結構。添加劑的使用可控制沉積層的晶粒尺寸,抑制粗大晶粒簇等結構的形成。鍍筆與沉積表面摩擦作用增加形核 率,并有凈化表面的作用。適當地控制直流電壓、溫度、鍍筆運動速度和鍍液流量等工藝參數可獲得高質量的大塊納米銅樣品。

  

  2.利用X-衍射分析、掃描電子顯微鏡、場發射掃描電子顯微鏡,透射電子顯微鏡的設備,對電刷鍍納米銅表面沉積形態、顯微結構、成分、密度等進行全面表征工作。結果顯示,電刷鍍納米銅為等軸晶

  

  粒結構,平均晶粒尺寸為26nm,且尺寸分布均勻,主要為大角度晶界結構,不存在微觀裂紋和微孔和明顯的晶體織構,平方根微應變為0.28%。電刷鍍納米 銅沉積表面光滑,粗糙度低,具有良好的覆蓋性和平整性。電刷鍍納米銅的密度為8.93g/cm3,純度為99.73wt%。表明研制的電刷鍍納米銅是一種 真正意義上的納米晶材料。


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  3.室溫拉伸蠕變實驗顯示,電刷鍍納米銅在低應力下發生Coble蠕變,隨應力的增加發生指數型蠕變(應力指數為n=1/m=4.11)。兩種蠕變變形均 沒有門檻應力。Coble蠕變的最高應力對應于最低應變速率下拉伸屈服強度。高應力下(325MPa)的蠕變斷裂是由于較高的蠕變應變和缺少應變硬化作用 所致。室溫拉伸實驗顯示,電刷鍍納米銅具有非常高的應變速率敏感性,其值為=0.104,該值為迄今為止所有納米金屬的最高室溫m值。在試驗的應變速率范 圍,極限抗拉強度從296MPa增加到865MPa,斷裂延伸率從5.6%下降到3.4%,較低的塑性是由于電刷鍍納米銅的大角度晶界結構。變形機制分析 表明,電刷鍍納米銅的塑性變形主要由晶界滑移控制,高應變速率時還包括位錯交互產生的貢獻。m4.室溫壓縮蠕變實驗顯示,電刷鍍納米銅在低應力時發生 Coble蠕變,隨應力的增加發生兩種形式的指數型蠕變(應力指數分別為=4.41和11.24),后一種蠕變的m值與壓縮試驗第一階段m值非常接近。三 種蠕變均沒有門檻應力。室溫壓縮試驗顯示,電刷鍍納米銅同樣具有非常高的應變速率敏感性,低應變速率時的m值為=0.084,高應變速率時的m值為 0.036;兩個應變速率區的流變應力激活體積n=1/mmν?分別為6.4b3和9.7b3。應變速率跳躍試驗測得的m從0.18連續下降到 0.018,ν?從4.6b3連續增加到33b3。

  

  在試驗的應變速率范圍,對應2%塑性應變的強度從664MPa增加到1516MPa,后者是迄今為止所有純銅最高的強度值。在高應變,電刷鍍納米銅 表現出明顯的流變軟化現象,其軟化程度與應變速率有關。變形機制分析表明,在低應變速率,塑性變形主要由晶界機制控制;在高應變速率,塑性變形主要由位錯 機制控制。這種變形機制轉變源于應變速率對熱激活作用的壓制。隨應變速率的增加,晶界機制作用的減小,位錯機制貢獻的增大導致大的強度增量,高應變速率時 非常高的強度說明位錯機制非常強的強化作用。高應變速率時的加強流變軟化現象是由于絕熱局部熱軟化作用。

  

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