大块电沉积纳米Ni-Fe合金与纳米Ni拉伸性能对比研究
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇大块电沉积纳米Ni-Fe合金与纳米Ni拉伸性能对比研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要：纳米材料指的是微观结构长度或晶粒尺寸在1~100nm范围内的材料。近几年，纳米材料的普遍科学研究已经有了重大进展。随着晶粒尺寸的减小，导致晶界处原子的增加，相比传统多晶材料，纳米材料表现出更多种类的物理、化学和机械性能特性，例如强度、硬度增加，韧性提高，弹性模量和延展性降低，扩散能力增强，高比热，高热扩散效率和高软磁性。纳米材料提供给我们的不仅是一个研究固体界面和扩展结构-性能关系的很好机会，也表明在新性能技术应用方面的极大潜力。因此采用简单的制备工艺合成新型的纳米结构材料，并对这些材料进行详细的微观结构和力学性能表征是非常有必要的。
中图分类号： K477 文献标识码： A 文章编号：
我们通过以往的实验发现合金材料不只具有很高的强度和相对良好的塑性，同时塑性不随应变速率的增大而下降。在传统材料的设计中，材料的延伸率与屈服强度两者之间具有相互制约的特性，对于大多数纳米材料，提高其延伸率必将导致材料强度的下降，反之，提高其强度的同时也必将导致其延伸率的下降。本文将通过对纳米镍铁（ni-fe）合金的异常拉伸性能的试验，深入探讨这种材料所具有得研究的价值，并围绕这个材料特性，通过与常规的纳米镍（ni）晶材料的拉伸性能对比分析，其中包括强度、塑性、应变速率敏感性等力学性能的比较，并采用SEM(JSM-5600LV型扫描电子显微镜)对拉伸断口形貌进行单向拉伸断裂表面分析，对此纳米镍铁合金材料的拉伸性能进行进一步研究，初步研究纳米镍铁合金的变形机制。
在室温下，纳米镍铁合金不同应变速率的工程应力-应变曲线。图［1］给出了电沉积纳米 Ni 晶在不同应变速率(1.35E-5 到1.35s-1)的工程应力-应变曲线，从图可以看出，在较宽的应变速率范围内，纳米晶 Ni[52]的抗拉强度处于 1440 和 1916MPa 之间；延伸率最高可达 11.3%。与电沉积纳米镍铁合金对比，纳米 Ni 的最大抗拉强度较大，而纳米镍铁合金的最低抗拉强度则较大。
图［1］室温，1.35E-5 到 1.35 s-1下电沉积纳米晶材料的工程应变应力曲线
为了更好的对比分析两种材料的拉伸性能，图［2］给出纳米镍铁合金和纳米镍晶的工程应力-应变曲线对比图，其中 A1~K1为纳米 Ni-Fe 合金的工程应力-应变曲线，A2~K2为纳米 Ni 晶的工程应力-应变曲线。从图可以清楚地看出在拉伸过程中纳米 Ni-Fe 合金发生颈缩比纳米 Ni 晶延后，而颈缩时间则比纳米 Ni 晶的短。两者拉伸工程应力-应变曲线的区别也说明由于纳米镍铁合金中加入 Fe 元素而致使拉伸性能发生改变。初步推测这是因为纳米 Ni 材料在拉伸过程相对较容易产生应力集中，使局部过快地产生变形，使材料过早地发生颈缩。而纳米 Ni-Fe 合金则相对变形均匀，从而推迟了发生颈缩的时间，这也使这种纳米镍铁合金具有与其他纳米材料不同的拉伸性能。
图［2］电沉积纳米 Ni-Fe 合金与纳米 Ni 的工程应力-应变曲线的对比关系
初步地论述了纳米镍铁合金的拉伸性能随应变速率(ε )增大的变化趋势。为了能更好地观察应变速率对纳米镍铁合金的拉伸性能的影响，以及同纳米 Ni 的对比分析，两种材料的抗拉强度(σUTS )、屈服强度(σ0.2 )、均匀应变(εUTS )以及断裂应变(εf )与应变速率(ε )的关系曲线如图［3］图［4］所示。
图［3］电沉积纳米Ni-Fe与纳米Ni[52]的抗拉强度(σUTS )
和屈服强度(σ0.2 )随应变速率(ε )的变化
由图 ［3］可以看出纳米镍铁合金的极限抗拉强度(σUTS )和 0.2%屈服强度(σ0.2 )表现出与应变速率(ε)的依赖关系并没有纳米 Ni 晶那么明显。在试验的应变速率范围内(1×10-5s-1~1s-1)，纳米镍铁合金的 0.2%屈服强度从1097MPa 增加到 1368MPa，极限抗拉强度从 1732MPa 增加到 1793MPa；而纳米 Ni 晶在不同应变速率下(1.35E-5 到 1.35s-1)的 0.2%屈服强度从 876MPa增加到1307MPa，极限抗拉强度从 1605MPa 增加到 1912MPa。
图［4］电沉积纳米 Ni-Fe 与纳米 Ni 的断裂应变(εf )和均匀应变(εUTS )
随应变速率(ε)的变化
图［4］为两种材料的断裂应变(εf )以及均匀应变(εUTS )与应变速率(ε)的关系曲线。从图可以看出，纳米镍铁合金的断裂应变(εf )以及均匀应变(εUTS )随应变速率(ε)的变化规律不同于纳米 Ni 晶。当应变速率逐渐增大时，纳米 Ni 晶的断裂应变以及均匀应变随之降低，在试验的应变速率范围内(1.35E-5 到 1.35s-1)，断裂应变从 10.7%下降到 5.8%，均匀应变从 6.9%下降到 4.6%，这与传统纳米材料的拉伸塑性随应变速率的变化趋势基本一致。而本实验制备的纳米镍铁合金则发现与之相异的拉伸塑性，在应变速率增大时，其断裂应变以及均匀应变基本保持不变，当应变速率在试验范围内(1×10-5s-1~1s-1)增大时，断裂应变的变化范围为 8.5%~9.3%，均匀应变的变化范围为 6.3%~7%。
通过试验得出纳米Ni-Fe合金与纳米Ni拉伸性能对比两点结论：
与纳米 Ni 晶相比，纳米 Ni-Fe 合金的极限抗拉强度略大，而最大断裂延伸率稍小；在拉伸过程中产生颈缩较晚，而颈缩时间则较短；当应变速率从1×10-5s-1增大到1s-1，纳米镍铁合金的σ0.2和σUTS分别从 1097MPa、1732MPa 增加到 1368MPa、1793MPa，而εf以及εUTS基本保持不变。
纳米 Ni-Fe 表现出与常规纳米 Ni 不同的拉伸性能，推断是由于纳米 Ni-Fe合金中加入了 Fe 元素，使拉伸的变形机制发生了改变。这种材料相对较复杂的断裂表面可能与其混合的变形机制有关，初步推测原子或者晶界扩散机制可能参与变形，使材料表现出近似不变的延伸率。