电沉积制备Al2O3/Ni-Co纳米复合材料的超塑性研究

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纳米材料由于其具有特殊和优异的物理和力学性能,成为材料领域的研究热点之一。脉冲电沉积非常简单,并可以制备高密度、无孔洞、组织可控的纳米材料和复合材料,是超塑性研究中的理想模型材料,但是在变形时纳米纯金属的晶粒由于晶界缺乏钉扎元素而容易长大,在一定程度上损失了材料良好的纳米效应。纳米增强相的加入可以细化基体晶粒,并起到阻碍晶粒长大的作用,达到在变形过程中稳定材料组织的目的。本文采用脉冲电沉积方法制备了含不同Al2O3颗粒的Al2O3/Ni-Co纳米复合材料,研究添加剂、Al2O3颗粒对材料组织、力学性能和热稳定性的影响,通过超塑单向拉伸实验研究Al2O3/Ni-Co纳米复合材料的超塑性。采用脉冲电沉积的方法制备了Al2O3/Ni-Co纳米复合材料,并对不同成分制备所得材料的基本性能进行了分析。平均电流密度为2A/dm2,温度为50℃时,以1,4丁炔二醇为添加剂制得材料晶粒为180nm;以糖精为添加剂,加入20nm、50nm、100nm Al2O3颗粒所得材料晶粒分别为35nm、25nm、40nm,大部分晶粒呈等轴状。糖精的细化效果明显优于1,4丁炔二醇,Al2O3对材料也有明显的细化效果。借助DSC和SEM,对Al2O3/Ni-Co纳米复合材料的热稳定性能进行了研究。实验表明晶粒长大推迟,说明材料有较高的热稳定性,但经过热处理的材料晶粒仍然不可避免地出现了长大现象。通过拉伸实验研究Al2O3/Ni-Co纳米复合材料和Ni-Co纳米材料的超塑性。拉伸实验温度分别为450℃、500℃、550℃,应变速率范围为8.33×10-4s-1,1.67×10-3s-1和1.67×10-2s-1,基于实验结果和分析,含50nm Al2O3颗粒材料低温超塑性最优,在550℃得到的最佳材料的的延伸率达到632%。通过SEM分析Al2O3/Ni-Co纳米复合材料和Ni-Co纳米材料在超塑拉伸时的断口,分析其断裂特征、晶粒运动特征以及位错、硫元素偏析对超塑变形的协调作用。温度是诱发超塑变形时晶粒长大的主要因素。Al2O3/Ni-Co纳米复合材料的晶粒长大现象远不如Ni-Co纳米材料明显。
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