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纳米晶镍镀层的制备及其界面扩散与结构

放大字体  缩小字体发布日期:2012-08-10  浏览次数:699
核心提示:近年来,晶粒尺寸小于100nm的纳米晶体材料受到了广泛的关注。由于具有非常小的晶粒尺寸和非常高的界面体积分数,与普通多晶材料相比,纳米晶体材料表现出许多优异的物理、化学和力学性能,已成为目前材料科学及凝聚态物理领域中的一个研究热点。

摘要:近年来,晶粒尺寸小于100nm的纳米晶体材料受到了广泛的关注。由于具有非常小的晶粒尺寸和非常高的界面体积分数,与普通多晶材料相比,纳米晶体材料表现出许多优异的物理、化学和力学性能,已成为目前材料科学及凝聚态物理领域中的一个研究热点。纳米晶体的制备方法一直是纳米晶材料研究领域的一个重要研究课题。与其他制备方法相比,电沉积法在制备纳米晶材料方面具有其特殊的优势。喷射电沉积是一种高速选择性电沉积技术,具有高沉积电流密度和高沉积速度的特点。在国外,很多学者对其电流电位分布和物质传输特征及该技术的开发应用进行了大量的基础研究和应用研究;在国内,这一技术也逐渐开始受到关注。利用喷射电沉积技术可以使金属的电沉积在高的沉积电流密度和沉积过电位下进行,这对于在电结晶过程中形成纳米级晶粒是非常有利的。因此,采用喷射电沉积技术制备纳米晶材料是一种非常值得研究和开发的生产工艺,将具有非常广阔的应用前景。 覆镍深冲钢带是一种电沉积镍镀层与低碳钢带基体紧密结合,具有良好的延伸率和防腐能力的新型电池外壳材料。将喷射电沉积纳米晶镍镀层应用于覆镍深冲钢带,不仅能提高其性能,特别是抗点蚀的能力,而且可以提高其生产效率,降低成本,并进一步扩大其使用范围。

本文的研究工作分为两个部分。在第一部分工作中,我们采用喷射电沉积技术在低碳钢基体上快速电沉积纳米晶镍镀层,并研究了沉积参数对镀层微观结构及性能的影响。在第二部分工作中,我们对一定沉积条件下制备的纳米晶镍镀层样品进行了界面扩散处理并研究了界面的结构特征。在本文的引言中,首先介绍了本课题的相关研究背景和研究现状,然后对电沉积法制备纳米晶的优点、原理和方法、影响因素及电沉积纳米晶材料的性能和应用前景作了简要总结,最后叙述了喷射电沉积技术的发展历史和研究现状以及我们选取本课题的依据。在第一章中,阐述了喷射电沉积技术提高沉 硕士毕业论文 纳米晶镍镀层的制备及其界面扩散与结构 积速率和细化晶粒的原理,对该技术制备纳米晶镀层的可行性作了 简要分析,并介绍了本课题组自行设计安装的一套不浸没单孔喷射 电沉积装置。在第二章中,采用喷射电沉积技术分别使用直流和脉 冲两种波形的电流进行电沉积,改变电沉积工艺参数制备了一系列 的纳米晶镍镀层样品,使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、 透射电镜(TEM)、维氏硬度计等仪器对镀层微观结构和性能进行了 分析和表征,主要考察了在直流喷射电沉积和脉冲喷射电沉积方式 下,沉积参数如电流密度、电镀液喷射速度等对镀层微观结构和显 微硬度的影响。在第三章中,首先在保护气氛下对纳米晶镍镀层样 品进行低温长时扩散退火以促使镍铁界面的扩散,研究了退火温度 对其界面扩散和结构的影响及对镀层微观结构的影响。然后,从,实 现对材料的局部加热的角度出发,结合我们对纳米晶镍镀层界面扩 散的特殊要求,我们提出并初步尝试了利用在电流作用下镍铁界面 接触电阻的热效应来实现只有界面处于高温状态而扩散但非界面处 于相对较低温度而无纳米晶粒长大的特殊界面处理方法。

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