含孔隙塊體納米晶鎳的制備、組織及性能研究.pdf

1、針對高產(chǎn)率、高純凈度納米晶金屬粉體的制備和含孔隙納米晶塊體材料制備中晶粒尺寸和孔隙率的控制問題以及晶粒尺寸和孔隙率對納米晶塊體材料力學(xué)性能的影響問題，本文以金屬鎳為研究對象，首先，分別采用高能球磨法和直流電弧等離子體蒸發(fā)法研究工藝參數(shù)對制備高純度、高產(chǎn)率、粒度分布均勻的納米晶金屬鎳粉的影響并對其工藝進行優(yōu)化；其次，在粉體制備基礎(chǔ)上，運用預(yù)壓燒結(jié)成型法，研究了預(yù)壓燒結(jié)溫度、成型壓力、顆粒形貌、顆粒尺寸及分布狀況對納米晶鎳塊體材料晶粒尺寸和

2、孔隙率的影響規(guī)律；并對制備的含孔隙納米晶鎳塊體進行顯微硬度和準(zhǔn)靜態(tài)壓縮測試，研究晶粒尺寸、應(yīng)變速率、孔隙率等對其力學(xué)性能的影響。
　　 通過實驗研究，本文獲得如下重要結(jié)論：
　　 (1)本文以純度99.95wt.％，-250目鎳粉為原料，在球料比為10:1，GCr15軸承鋼研磨球，轉(zhuǎn)速300rpm的球磨條件下，以無水乙醇作為液體研磨介質(zhì)，球磨98h，獲得晶粒尺寸為7nm左右，顆粒尺寸約為200nm的高純度片狀納米晶鎳粉。

3、研究發(fā)現(xiàn)，隨球磨時間增加，鎳粉顆粒尺寸和晶粒度減小，但應(yīng)變增大；
　　 (2)采用改進的直流電弧等離子體蒸發(fā)設(shè)備實現(xiàn)了高產(chǎn)率、高純度納米晶鎳粉的制備。該法獲得平均粒徑在20～128nm、晶粒度在10～35nm、純凈無雜質(zhì)的球狀納米晶鎳粉；電流為600A時，最大蒸發(fā)產(chǎn)率為1127.13 g·h-1；通過正交實驗分析，電流、H2/Ar和冷態(tài)充氣總壓對納米鎳粉的產(chǎn)率和平均粒徑影響的顯著性順序均為：電流>H2/Ar>冷態(tài)充氣總壓；本文推

4、薦該法制備高產(chǎn)率、高純度、粒度分布窄的納米鎳粉的工藝參數(shù)為：電流=450A，H2/Ar=3/7，壓力=0.06MPa；
　　 (3)以高能球磨法和等離子體蒸發(fā)法制備的納米晶鎳粉為原料，運用預(yù)壓燒結(jié)工藝(成型壓力：1950MPa，燒結(jié)溫度：590℃、725℃、870℃，燒結(jié)時間：2h)分別制備出晶粒尺寸為38nm、56nm、85nm和52nm、73nm、83nm的納米晶鎳塊體，其密度分別為理論密度的90％和97％。研究發(fā)現(xiàn)，相同預(yù)

5、壓燒結(jié)條件下，高能球磨納米晶鎳的晶粒長大速率高于等離子體蒸發(fā)納米晶鎳試樣；
　　 (4)研究發(fā)現(xiàn)，粉體制備方法及預(yù)壓壓力均對納米晶塊體孔隙率和孔徑大小造成影響。孔隙率隨著預(yù)壓壓力的增大逐漸減小。顆粒形狀完整，粒度分布均勻的納米晶鎳粉，更有利于通過預(yù)壓壓力控制顆粒內(nèi)孔隙率；
　　 (5)本文制備的納米晶鎳塊體材料的硬度均服從反Hall-Petch關(guān)系，試樣最高顯微洛氏硬度HRC為78，約為粗晶鎳的2.8倍。等離子蒸發(fā)納米晶

6、鎳試樣室溫壓縮屈服強度在330～430MPa之間，約為粗晶鎳屈服強度的2～3倍，其壓縮屈服強度隨晶粒尺寸減小而增大，并且壓縮屈服強度與其壓縮應(yīng)變速率成正比；納米晶鎳壓縮率大于35％，表現(xiàn)出良好的塑性壓縮形變能力，其最大抗壓斷裂強度達到600MPa，為粗晶鎳斷裂強度的1.5倍；
　　 (6)納米晶鎳樣品的應(yīng)變速率敏感值為0.052；兩種方法制備的塊體納米晶鎳均顯示出較低的加工硬化指數(shù)和較小的應(yīng)變速率敏感性；
　　 (7)壓