納米金屬材料的制備及性能

前言

　　如何提高并優(yōu)化納米材料的力學(xué)性能和揭示其應(yīng)變速率敏感性及變形斷裂機制，成為國內(nèi)外科學(xué)家研究的熱點問題。隨著晶粒尺寸的減小，晶界處原子增加。與傳統(tǒng)多晶材料相比，納米金屬材料表現(xiàn)出多種奇特的機械性能，例如：強度、硬度增加，延展性降低。但一方面，目前納米材料制備技術(shù)上存在的問題導(dǎo)致高冶金質(zhì)量、大尺寸且具有理想微觀結(jié)構(gòu)的真正納米晶體金屬還不能被制備，這極大地限制了人們對納米金屬塑性變形本質(zhì)的正確認(rèn)識。另一方面，實驗工作及理論、模擬研究都顯示：晶界過程和位錯活動是控制納米金屬力學(xué)性能的兩個重要的機制。探討由于晶粒尺寸和應(yīng)變速率等因素的改變引起的機械激活和熱激活作用對上述兩種機制的影響是納米金屬變形機制研究的實質(zhì)內(nèi)容。因此采用新型的工藝制備高質(zhì)量的大塊納米金屬及合金材料，并對這些材料進(jìn)行系統(tǒng)的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能研究是非常有必要的?！　⊙芯堪l(fā)現(xiàn)，不合理的工藝設(shè)備、工藝配方及工藝條件等因素嚴(yán)重影響著所制備納米金屬及合金的微觀組織和結(jié)構(gòu)，并給其力學(xué)性能及變形機制的研究帶來了極大的困難。本書主要是在傳統(tǒng)電沉積工藝基礎(chǔ)上，改變和優(yōu)化工藝條件及工藝參數(shù)，使用自行研制的電沉積設(shè)備，研究出了一種制備納米結(jié)構(gòu)金屬材料的電沉積方法，成功制備出高質(zhì)量的納米鎳-鐵合金材料，并利用掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、X-射線衍射分析（XRD）和MTS拉伸測試系統(tǒng)等檢測設(shè)備或方法對這些納米鎳-鐵合金及納米銅進(jìn)行了顯微結(jié)構(gòu)分析和力學(xué)性能及變形機制研究?！　　?/pre>


內(nèi)容概要
　　《納米金屬材料的制備及性能》以高強度、高塑性的塊體納米晶金屬材料為主要的研究對象，通過各種實驗測試，考察納米晶合金的微觀變形機理，以揭示晶體合金成分、制備工藝、微觀結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，重點是改進(jìn)工藝，發(fā)展一種新的納米晶金屬的制備技術(shù)，制備晶粒尺寸在臨界晶粒尺寸附近的塊體納米晶金屬材料。書中內(nèi)容包括塊體納米鎳-鐵合金的制備及性能、納米銅的制備及性能等?！都{米金屬材料的制備及性能》可作為材料學(xué)專業(yè)的本科生、研究生、博士生以及其他從事納米材料研究的科研工作人員的參考用書。


作者簡介
　　李雪松，1974年10月生，吉林長春人，工學(xué)博士、博士后，纖維長春工業(yè)大學(xué)副教授、吉林省企業(yè)創(chuàng)新專家、金林生防腐蝕技術(shù)協(xié)會理事。主要從事納米晶和金材料制備及性能研究，主要包括：一是納米鎳基和金材料的制備及性能研究，三是金屬表面強韌化技術(shù)和金屬表面腐蝕與　　防護(hù)技術(shù)研究。近五年以第一作者身份發(fā)表專業(yè)科研論文二十多篇，并作為主要參加人獲得吉林省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎3項，吉林省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎1項。


書籍目錄
第一章 納米合金材料概述1.1 引論1.2 納米晶材料概述1.2.1 納米技術(shù)及納米材料1.2.2 納米材料的特性1.2.3 納米材料的制備1.3 納米晶材料的力學(xué)性能1.3.1 納米晶材料的強度1.3.2 納米晶材料的塑性1.3.3 應(yīng)變速率敏感性1.3.4 晶粒尺寸分布和晶界結(jié)構(gòu)1.4 電沉積納米技術(shù)1.4.1 電沉積納米晶體的制備1.4.2 電沉積納米晶體的方法1.4.3 電沉積納米技術(shù)的特點1.4.4 電沉積納米晶體的應(yīng)用 1.4.5 電沉積納米晶鎳一鐵合金材料1.5 主要內(nèi)容及意義參考資料第二章 納米鎳一鐵合金制備及沉積機理2.1 電沉積技術(shù)2.1.1 基本原理2.1.2 鍍液成分的主要作用 2.1.3 鍍層的形成2.1.4 主要工藝參數(shù)2.2 制備方法及工藝2.2.1 實驗裝置2.2.2 鍍液配方研制2.2.3 鍍液配制2.2.4 鍍前預(yù)處理2.2.5 材料制備2.2.6 光亮劑對鍍層的影響2.3 總結(jié)參考資料第三章 納米鎳一鐵合金的成分、結(jié)構(gòu)及微觀組織3.1 成分分析3.2 X一射線衍射分析3.3 掃描電子顯微鏡分析3.4 表面原子力顯微鏡分析3.5 透射電子顯微鏡分析3.6 總結(jié)參考資料第四章 納米鎳一鐵合金的拉伸性能4.1 顯微硬度實驗方法4.2 顯微硬度實驗4.2.1 溫度與顯微硬度的關(guān)系4.2.2 PH值與顯微硬度的關(guān)系l4.2.3 陰極電流密度與顯微硬度的關(guān)系4.3 拉伸實驗方法4.4 拉伸實驗……第五章 納米鎳一鐵合金的變形斷裂機制第六章 納米銅的壓縮實驗第七章 納米壓痕實驗第八章 熱處理對納米鎳一鐵合金的影響


章節(jié)摘錄
　　L4.3 電沉積納米技術(shù)的特點　　電沉積法制備納米晶材料與其他制備方法相比具有以下優(yōu)點?！　。?）電沉積層具有獨特的高密度和低孔隙率，結(jié)晶取決于電沉積參數(shù)，晶粒尺寸分布窄?！　。?）工藝上易通過改變電參數(shù)、電解液成分等條件來控制材料的化學(xué)成分、結(jié)晶組織和晶粒大小，容易大量制備純金屬、合金和復(fù)合材料納米晶，且室溫下即可形成合金?！　。?）有很好的經(jīng)濟性和較高的生產(chǎn)率?！　。?）所需設(shè)備是常規(guī)的，現(xiàn)有的電鍍和電鑄工業(yè)已為其提供了廣泛的基礎(chǔ)，因此將該技術(shù)從實驗室轉(zhuǎn)向現(xiàn)有的電鍍和電鑄工業(yè)需要克服的技術(shù)障礙相對較小，初始投資低?！　?.4.4 電沉積納米晶體的應(yīng)用　　近十幾年來的研究發(fā)現(xiàn)電沉積納米晶體具有其他普通晶體所不具有的優(yōu)異性能，例如較高的耐磨性、延展性、硬度和較好的電阻、電化學(xué)性能以及耐腐蝕性等，并且制造電沉積納米晶體也比較容易，因而其在科學(xué)技術(shù)上的應(yīng)用前景是非常廣闊的。預(yù)計在以下幾個方面可以獲得有效的應(yīng)用。　?。?）電沉積納米晶體材料具有優(yōu)異的耐蝕性，可以廣泛地應(yīng)用于各種防護(hù)場所。例如普通鎳基合金用作核電站水蒸氣發(fā)生管時常發(fā)生晶間應(yīng)力腐蝕開裂現(xiàn)象，但若采用納米晶型的鎳基合金，就可以有效地抑制晶間應(yīng)力腐蝕。再如鎳-銅納米合金具有優(yōu)異的耐鹽，酸，堿，氧化、還原性氣體腐蝕的特性，因而這類合金在工業(yè)中的應(yīng)用將是非常廣泛的?！　。?）電沉積鎳-鉬合金以及其他合金具有良好的析氫電催化活性。納米晶型的合金微粒具有高的表面能，從而使表面原子具有高的活性，析氫交換電流密度增大，析氫過電位降低。因而電沉積納米晶型的電催化析氫電極的研究與開發(fā)具有廣闊的前景?！　。?）電沉積納米晶體的鎳基以及許多稀土合金由于具有極大的比表面積，并且有良好的儲氫性能，是儲氫材料研究的一個不可忽略的方面。它的發(fā)展為今后燃料電池的應(yīng)用與普及提供了條件，因而對于此方面的研究也具有很大的潛力?！　。?）電沉積納米晶體磁性材料在磁記錄方面的應(yīng)用前景也很廣。由于納米晶體磁性材料具有十分特別的磁學(xué)性能，即隨晶粒尺寸的減小而磁飽和強度增大，因而用它制成的磁記錄介質(zhì)材料的音質(zhì)圖像、記錄密度、信噪比等均很好?！　　?/pre>








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