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超细晶/纳米晶纯Al厚膜的制备及性能研究

超细晶/纳米晶纯Al厚膜的制备及性能研究

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作者：杨栋华重庆工学院

学位级别：硕士

超细晶/纳米晶块体金属一直是科学研究者的研究重点,特别是显微组织与性能的关系。对超细晶/纳米晶纯铝(FCC)块体材料来说,目前已可由许多制备方法获得,如粉末冶金法和等通道挤压法等传统方法。然而由于制备条件所限,人们并未得到纯铝... 详细信息

超细晶/纳米晶块体金属一直是科学研究者的研究重点,特别是显微组织与性能的关系。对超细晶/纳米晶纯铝(FCC)块体材料来说,目前已可由许多制备方法获得,如粉末冶金法和等通道挤压法等传统方法。然而由于制备条件所限,人们并未得到纯铝在该尺度下的力学性能基础数据,对于超细晶/纳米晶纯铝的了解和认识仍不足,这必将制约其应用。磁控溅射法制备超细晶/纳米晶纯铝材料作为一种新的尝试,具有许多优点,但存在较大难度。本文通过对直流磁控溅射制备纯Al膜工艺的探索及溅射参数的优化,制备出超细晶/纳米晶纯Al厚膜。系统地研究了磁控溅射工艺、晶粒尺寸和超细晶/纳米晶纯Al厚膜性能的关系,发现了当其晶粒尺寸小于65nm左右时,纯Al膜层材料的硬度与晶粒尺寸关系不符Hall-Petch公式的现象,通过小波分析法拟合了硬度、模量与晶粒尺寸之间的关系,建立并填补了纯Al厚膜层材料在纳米尺度下硬度、模量与晶粒尺寸的数学函数关系。此外,利用磁控溅射法在镁合金表面制备了超细晶/纳米晶铝涂层,探索了纯Al厚膜层材料的应用。通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)对超细晶/纳米晶纯Al厚膜的表面形貌进行了观察,采用EDS能谱和X射线光电子能谱(XPS)对其成份进行了分析。通过X射线衍射(XRD)详细分析并测定了不同溅射气压、溅射电流和溅射时间下超细晶/纳米晶纯Al厚膜的晶粒尺寸及晶体结构等。采用纳米压痕/划痕法对Al膜的硬度、弹性模量、厚度和临界结合力等力学性能进行了测试。AZ31B镁合金沉积Al厚膜的腐蚀性能通过电化学测试系统进行了测试。研究结果表明,通过直流磁控溅射法制备出晶粒尺寸在4929nm之间,厚度在85μm之间的超细晶/纳米晶纯Al厚膜,该膜呈多晶态,表面无明显缺陷,其硬度在1.38.88GPa之间,明显高于块体纯Al靶材和轧制态纯Al箔的硬度。而且弹性模量与粗晶的纯Al材料也有所差异。对于晶粒尺寸d在492nm范围的纯Al厚膜,当d-1/2>.125nm-1/2(d晶粒尺寸的减小而下降,与Hall-Petch公式的线性规律不一致。当d-1/24nm),硬度随着晶粒尺寸的减小而升高,与Hall-Petch公式的趋势相符,但系数k=76.75GPa?nm1/2。其中在d=64nm附近存在一个转变的临界点。与裸镁合金相比,表面沉积超细晶/纳米晶纯Al厚膜的AZ31B镁合金耐蚀性能得到了明显改善。?

关键词：超细晶/纳米晶材料铝厚膜直流磁控溅射晶粒尺寸力学性能 AZ31B镁合金腐蚀性能

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大应变挤出切削制备铝合金超细晶金属材料及其机械力学性能研究

大应变挤出切削制备铝合金超细晶金属材料及其机械力学性能研究

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作者：李庆华南理工大学

学位级别：硕士

超细晶/纳米晶金属材料因其晶粒细小、位错及缺陷密度高，常表现出比传统粗晶金属材料更为优异的物理化学性能，而倍受关注。大应变挤出切削法作为制备超细晶/纳米晶金属材料的新兴方法之一，具有许多独特的优势，近年来受到普遍的重视... 详细信息

超细晶/纳米晶金属材料因其晶粒细小、位错及缺陷密度高，常表现出比传统粗晶金属材料更为优异的物理化学性能，而倍受关注。大应变挤出切削法作为制备超细晶/纳米晶金属材料的新兴方法之一，具有许多独特的优势，近年来受到普遍的重视。然而，对于该工艺在生产实践中的参数合理选择、工艺的优点和缺陷，以及该工艺制备的超细晶/纳米晶金属材料的机械力学性能等方面的研究，还相当缺乏。因此，有必要就此展开充分的研究，以明确大应变挤出切削工艺的应用范围及发展方向。本文采用有限元分析软件Deform3D构建了大应变挤出切削三维热力耦合模型，充分研究了挤削参数：切屑厚度压缩比、刀具前角、刀屑摩擦系数及切削速度，对材料内部的等效应变、等效应变率、等效应力以及温度的大小及其在挤削变形区、切屑厚度、切屑宽度上的分布均匀性和切屑形貌的影响规律。结合有限元分析结果与挤削试验，获得了较优的挤削参数，成功制备了具有超细晶结构的铝合金金属材料，并明确了工艺存在的缺陷。对制备的铝合金超细晶金属材料的机械力学性能：硬度、拉伸性能、微动摩擦磨损性能等进行的研究表明，挤削后铝合金的维氏硬度、抗拉强度、摩擦磨损性能等均有了不同程度的提升。同时，采用金相显微镜、超景深显微镜以及扫描电子显微镜等手段对比分析了挤削前后铝合金金属材料机械力学性能变化的原因，以及切屑厚度压缩比、刀具前角对机械力学性能的影响规律。

关键词：大应变挤出切削超细晶/纳米晶材料铝合金有限元分析 DEFORM3D

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