电刷镀制备块体纳米铜及力学性能研究

【摘要】在材料的力学实验性能测试中，使用较大尺寸和足够数量的试样是被研究界所公认的取得正确实验结果的先决条件。但是由于制备纳米金属材料有比较大的难度，目前纳米金属力学性能测试，通常都是使用小尺寸甚至微尺寸的试样，与此同时,试样通常都是处在无法满足的应力状态，因此获得的材料性能测试结果往往具有不可信性。现在迫切需要解决的问题是制备块体较大、具有真正的纳米结构的纳米金属材料。为了解决以上提到的问题，本文做了如下的实验工作，并给出了相应的研究结果：1.改进传统的电刷镀的实验方法，使用这种新方法制备电刷镀块体纳米铜，并解析了电刷镀纳米铜沉积过程的反应机理。构成阳极的是脱脂棉和丙纶布包裹而成的不锈钢。镀液的组成是CuSO45H2O,NH4NO3和微量的添加剂。在镀液中使用添加剂可以减小沉积层的晶粒尺寸，抑制粗大晶粒簇等的形成。合理地调控直流电压，镀液温度和镀笔运动速度等工艺参数可以制备高质量的块体纳米铜样品。2.利用X-射线衍射仪、扫描电镜能谱仪、场发射电镜、透射电镜等对电刷镀纳米铜进行全面的分析表征。分析测试结果可以得知，本实验中的电刷镀纳米铜的晶粒是等轴晶粒结构，晶粒尺寸分布比较均匀，晶体没有发现微观裂纹、微孔等缺陷的存在。电刷镀纳米铜的表面光滑粗糙度较低，具有良好的平整性和覆盖性。结果表明通过改进电刷镀的制备方法，得到的块体纳米铜是一种真正意义上的纳米晶材料。3.利用电液伺服试验机和纳米压痕仪对电刷镀纳米铜在室温条件下进行拉伸实验和不同压痕深度的纳米压痕实验。室温拉伸实验结果显示，电刷镀纳米铜随着拉伸的应变速率从10-4s-1增加到1s-1，拉伸的强度呈现出逐渐增大的趋势。在塑性方面，随着拉伸应变速率的增加，延伸率逐渐减小。电刷镀纳米铜在不同应变速率下均为韧性断裂，在低应变速率下的断裂表面凹凸不平，在高应变速率下断裂表面出现明显的微裂痕。通过纳米压痕实验得到的硬度值计算电刷镀纳米铜的应变速率敏感性，得到的m值呈现出明显的两段性，并且m值随着压痕深度的增大呈现逐渐变大的趋势。通过对电刷镀纳米铜变形机制的分析，得知本实验中的电刷镀纳米铜的变形是由晶界机制和位错机制共同来起作用的，但在高应变速率和低应变速率下变形机制又有所区别。在高应变速率下电刷镀纳米铜的变形是以位错的活动为主，在低应变速率下变形是以晶界滑移机制和少量的晶界的热激活扩散为主。
【作者】王先强；
【导师】江忠浩；
【作者基本信息】吉林大学，有色金属冶金，2014，硕士
【关键词】电刷镀；纳米铜；拉伸；纳米压痕；晶界；位错；应变速率；变形机制；

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