塊體納米晶Co-Ni合金的JED制備及其結(jié)構(gòu)性能的研究.pdf

1、多年來，如何制備致密的塊體納米晶材料是國際納米材料研究領(lǐng)域的關(guān)鍵問題之一，因?yàn)槲⒖紫兜拇嬖诟蓴_了塊體納米材料本征性能的表征，導(dǎo)致許多相互矛盾的研究結(jié)果，阻礙了納米材料的基礎(chǔ)研究進(jìn)展和應(yīng)用開發(fā)。 本文針對上述問題，將電解液高速噴射電沉積新技術(shù)(JED)用于Co-Ni系精密合金的制備，既為納米材料的科學(xué)研究提供了致密的塊體納米晶粒樣品，又為JED開拓了新的應(yīng)用領(lǐng)域。因此本研究在可電沉積的金屬材料領(lǐng)域初步解決了致密塊體納米晶材料的制備

2、問題。同時(shí)還對JED法制備的Co-Ni系納米晶功能合金的微觀組織結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。 本文主要研究了電解液化學(xué)成分，噴射速度，溫度和電流密度等工藝參數(shù)對Co-Ni合金的形貌特征，化學(xué)成份，相組成，晶粒尺寸和性能影響。采用恒電流法測定了噴射電沉積Co-Ni合金的陰極極化曲線，研究了陰極極化行為及沉積行為，并對噴射電沉積機(jī)理進(jìn)行了探討；利用EDX能譜儀及SEM分別對Co-Ni合金成分及表面形貌進(jìn)行了分析；利用XRD及TE

3、M對合金沉積層結(jié)構(gòu)隨工藝參數(shù)的變化進(jìn)行了分析；利用顯微硬度計(jì)、納米壓痕及VSM振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)研究了該合金的力學(xué)性能及磁學(xué)性能；采用DSC及高溫XRD原位分析等研究了該納米材料的熱穩(wěn)定性。 利用添加劑和噴射電沉積有效結(jié)合的雙重細(xì)化方法制備了晶粒尺寸5nm左右的納米晶Co-Ni合金，然后利用退火的方式使其晶粒長大，研究晶粒尺寸對性能影響。 研究結(jié)果表明：噴射電沉積由于顯著提高了液相的質(zhì)能傳輸過程，使得電沉積可以在較大且較高的

4、電流密度范圍內(nèi)沉積，這也是噴射電沉積提高沉積速度和細(xì)化晶粒尺寸機(jī)理。當(dāng)電流密度為477A/dm2時(shí)，沉積速率達(dá)47.33μm/min，是相同電解液濃度的傳統(tǒng)電沉積(Electrodeposition-ED)的90倍左右，電流效率均在90％以上；沉積參數(shù)及添加劑對噴射電沉積極化行為及沉積行為均產(chǎn)生不同程度的影響：隨著電解液噴射速度和陰極電流密度的增加，陰極電位增加，沉積速度加快。隨著電解液中主鹽濃度硫酸鈷含量、電解液溫度的增加，陰極電位降

5、低。少量有機(jī)添加劑的存在會對陰極表面產(chǎn)生阻塞活性位置，從而降低陰極表面的活性，使陰極電位增加;由于上述參數(shù)對極化行為的不同影響，因此其參數(shù)的變化也會對沉積層結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生一定的影響：隨著電解液主鹽濃度、噴射速度的增加，沉積層鈷含量增加，晶粒尺寸減小，顯微硬度增大。剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br、矯頑力Hc隨主鹽濃度增加而增加、隨著電解液噴射速度提高降低。陰極電流密度增加，沉積層鈷含量變化不大，但沉積層晶粒尺寸明顯減小，顯微硬度值增大，矯頑力Hc、剩

6、余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br降低。而隨著電解液溫度的升高，沉積層鈷含量降低，晶粒尺寸增大，顯微硬度降低。少量有機(jī)添加劑的存在造成晶粒尺寸明顯細(xì)化，顯微硬度升高，最高顯微硬度達(dá)到HV600以上，矯頑力Hc和剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br顯著降低。選擇合適的沉積參數(shù)可制備出鈷含量(wt.％)從0～80％的Co-Ni合金，當(dāng)鈷含量低于60.39％時(shí)，沉積層為單相面心立方α相，隨著鈷含量的升高，沉積層的結(jié)構(gòu)由單相α相過渡到面心立方結(jié)構(gòu)α相和密排六方結(jié)構(gòu)的ε相混合相組成

7、；5.1nm納米晶Co78Ni22合金的熱穩(wěn)定性比純Co及Ni的穩(wěn)定性均高，其Tp值為389.9℃，放熱焓為14.26J·g-1，晶粒長大激活能為269.1kJ·mol-1。Co78Ni22合金DSC退火的樣品，晶粒尺寸在5.1nm到34.4nm范圍，顯微硬度HV與晶粒尺寸之間符合Hall-Petch關(guān)系，矯頑力Hc在15.9nm出現(xiàn)一個(gè)峰值，從5.1nm到15.9nm，Hc隨晶粒尺寸增加而增加，從16.6nm到34.4nm，Hc減小。