專利名稱：納米晶－微米晶層狀復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度和高塑性的納米晶-微米晶層狀復(fù)合材料及其制備方法
背景技術(shù)：
納米金屬材料具有很高的強(qiáng)度、硬度，可以制備高強(qiáng)度的重要零件。但其塑性很低(拉伸延伸率一般小于5％)，無明顯的加工硬化，容易引起變形集中，難以塑性加工成型，服役時(shí)偶然過載可能導(dǎo)致早期斷裂。這嚴(yán)重影響了納米金屬材料的加工和應(yīng)用。因此提高納米金屬材料的塑性，對納米金屬材料的加工和安全可靠應(yīng)用具有重要的意義。而普通微米晶金屬材料雖然塑性很高，具有明顯的應(yīng)變強(qiáng)化能力，可以塑性成型，但強(qiáng)度很低。服役時(shí)如遇到偶然過載，則立即產(chǎn)生應(yīng)變強(qiáng)化，局部強(qiáng)度提高，塑性變形停止，從而保證零件安全工作。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的純納米金屬材料塑性低、缺乏應(yīng)變強(qiáng)化能力、難以塑性加工成型等缺陷，本發(fā)明提出了一種納米晶-微米晶層狀復(fù)合材料，它在保持納米金屬材料高強(qiáng)度性能的基礎(chǔ)上，大幅度提高了材料的塑性。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于制造該納米晶-微米晶層狀復(fù)合材料的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下(1)納米晶-微米晶層狀復(fù)合材料由納米晶金屬和微米晶金屬呈層狀相間分布組成。
(2)納米晶-微米晶層狀復(fù)合材料的制備方法采用雙槽交替電沉積方法制備。
本發(fā)明根據(jù)材料復(fù)合強(qiáng)化和韌化的原理，采用特殊的制備方法，在高強(qiáng)度的納米晶金屬中加入微米晶金屬，使兩者呈層狀相問分布，形成納米晶-微米晶層狀復(fù)合材料，從而利用納米金屬的高強(qiáng)度特性保持復(fù)合材料的高強(qiáng)度，利用微米晶層的高塑性特性提高復(fù)合材料的塑性，使復(fù)合材料具有很高的強(qiáng)度、硬度和較高的塑性及一定的應(yīng)變強(qiáng)化能力，大大擴(kuò)大了材料的加工、應(yīng)用范圍。如電沉積納米鎳的強(qiáng)度約為1100MPa，但其拉伸延伸率為2％-3％。而包含有厚度為20％的微米晶層的納米晶-微米晶層狀鎳復(fù)合材料的強(qiáng)度可以保持在1000MPa左右，拉伸延伸率為7％-8％以上。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的納米晶-微米晶層狀復(fù)合材料是由納米晶金屬和微米晶金屬呈層狀相間分布組成。納米晶層金屬和微米品層金屬可以是同種金屬，如納米鎳-微米鎳，納米鈷-微米鈷，納米銅-微米銅；也可以是不同種金屬，如納米鎳-微米銅，納米鎳-微米鈷。納米晶層金屬和微米晶層金屬的厚度之比可以根據(jù)強(qiáng)度和塑性的要求在10∶1到1∶1之間變化。復(fù)合層數(shù)在3層以上，最外層可以是納米晶金屬，也可以是微米晶金屬，這取決于最先和最后沉積的種類。
上述的納米晶-微米晶層狀復(fù)合材料采用雙槽交替電沉積方法制備，其制備方法如下所述，(1)分別配制微米金屬鍍液和納米金屬鍍液，并置于兩個(gè)不同的電解槽內(nèi)。
(2)將準(zhǔn)備好的基體放入其中一個(gè)電解槽內(nèi)，以基體為陰極，用與所要沉積的金屬相同金屬板為陽極(即沉積銅，用銅板作陽極；沉積鎳，用鎳板作陽極)。加上直流電源，調(diào)整沉積工藝參數(shù)，沉積一定時(shí)間后，將基體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電解槽內(nèi)，沉積一定時(shí)間后再放入前一電解槽內(nèi)繼續(xù)沉積，如此循環(huán)交替沉積直至希望的厚度；通過控制基體在納米金屬鍍液和微米金屬鍍液中的沉積時(shí)間，來調(diào)整納米晶層和微米晶層的厚度；所述的基體在一個(gè)電解槽內(nèi)沉積取出后，先用蒸餾水沖洗后，再立即放入另一個(gè)電解槽內(nèi)沉積。
(3)沉積后取出試樣放入基體溶解液中將基體溶解，即獲得所需的納米晶-微米晶層狀復(fù)合材料；所述的基體可采用銅基體，相應(yīng)的基體溶解液為鉻酸溶液。
下面以納米晶鎳-微米晶鎳層狀復(fù)合材料為例，具體說明納米晶-微米晶復(fù)合材料的具體制備過程如下(1)分別配置微米鎳鍍液和納米鎳鍍液，微米鎳鍍液的配方為NiSO4·6H2O300g/L，NICl2·6H2O 45g/L，H3BO340g/L，C12H25Nao4S 005g/L。納米鎳鍍液的成分是在微米鎳鍍液的基礎(chǔ)上添加5g/L的糖精。
(2)微米鎳的沉積工藝參數(shù)PH值5.0；電流密度5A/dm2；溫度50℃。納米鎳的沉積工藝參數(shù)PH值3.0；電流密度10A/dm2溫度60℃。
(3)紫銅基體的準(zhǔn)備將紫銅薄板裁成所需的尺寸，去油，去除氧化皮，用10％鹽酸溶液活化。
(4)采用直流電源，以電解鎳板為陽極，紫銅為陰極。首先在納米鎳鍍液中沉積一定時(shí)間，取出在蒸餾水中沖洗，立即放入微米鎳鍍液中沉積微米鎳，沉積一定時(shí)間后取出清洗，然后再放入納米鎳鍍液中沉積，如此循環(huán)交替沉積直至希望的厚度。
(5)沉積后取出試樣清洗吹干，然后放入鉻酸溶液(50gCrO3+3mlH2SO4+200mlH2O)浸泡，將紫銅基體溶解，即獲得所需的納米晶-微米晶層狀復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種納米晶-微米晶層狀復(fù)合材料，其特征在于它是由納米晶金屬和微米晶金屬呈層狀相間分布組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米晶-微米晶層狀復(fù)合材料，其特征在于納米晶層金屬和微米晶層金屬可以是同種金屬，也可以是不同種金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米晶-微米晶層狀復(fù)合材料，其特征在于納米晶層金屬和微米晶層金屬的厚度之比可以在10∶1到1∶1之間變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米晶-微米晶層狀復(fù)合材料，其特征在于納米晶-微米晶層狀復(fù)合材料的層數(shù)在3層以上，最外層可以是納晶層，也可以是微晶層。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米晶-微米晶層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的納米晶-微米晶層狀復(fù)合材料采用雙槽交替電沉積方法制備。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的納米晶-微米晶層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，其制備方法如下所述(1)分別配制微米金屬鍍液和納米金屬鍍液，并置于兩個(gè)不同的電解槽內(nèi)。(2)將準(zhǔn)備好的基體放入其中一個(gè)電解槽內(nèi)，以基體為陰極，用與所要沉積的金屬相同的金屬板為陽極，通入直流電源，沉積一定時(shí)間后，將基體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電解槽內(nèi)，沉積一定時(shí)間后再放入前一電解槽內(nèi)繼續(xù)沉積，如此循環(huán)交替沉積直至希望的厚度；(3)沉積后取出試樣放入基體溶解液中將基體溶解，即獲得所需的納米晶一微米晶層狀復(fù)合材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的納米晶-微米晶層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的基體可采用銅，相應(yīng)的基體溶解液為鉻酸溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的納米晶-微米晶層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于基體在一個(gè)電解槽內(nèi)沉積取出后，先用蒸餾水沖洗后，再立即放入另一個(gè)電解槽內(nèi)沉積。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的納米晶-微米晶層狀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于通過控制基體在納米金屬鍍液和微米金屬鍍液中的沉積時(shí)間，來調(diào)整納米晶層和微米晶層的厚度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米晶—微米晶層狀復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于納米晶—微米晶層狀復(fù)合材料是由納米晶金屬和微米晶金屬呈層狀相間分布組成；所述的納米晶—微米晶層狀復(fù)合材料采用雙槽交替電沉積方法制備。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的純納米金屬材料塑性低、缺乏應(yīng)變強(qiáng)化能力、難以塑性加工成型等缺陷，它在保持納米金屬材料高強(qiáng)度性能的基礎(chǔ)上，大幅度提高了材料的塑性。
文檔編號C25D5/10GK1757784SQ200510019698
公開日2006年4月12日 申請日期2005年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者戴品強(qiáng), 洪毅誠, 許偉長, 項(xiàng)忠楠 申請人:福州大學(xué)