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题目:Ni/Mo微叠层复合材料的电沉积制备及结构性能研究

关键词:Ni/Mo微叠层;金属基复合材料;离子液体;电沉积

  摘要


微叠层复合材料可以综合各单体材料性能上的优点,弥补各自的性能缺点,发挥出更加优异的性能,如高的使用温度、高强度、高硬度、高韧性、良好的抗侵蚀性能等,在航空航天及高技术民用领域具有广阔的应用前景。金属镍具有组织稳定、好的耐蚀性、较好的中高温抗氧化性、低温下好的韧性、可塑性强等优异的性能,常温下是一种很好的结构材料,但在高温环境中强度下降较快;金属钼具有高熔点、高硬度、高强度等优异性能,但高温易氧化。因此开发出一种可以在中高温环境下使用的Ni/Mo微叠层复合材料具有重要的理论意义及工程使用价值。

本文研究了在离子液体中分别电沉积制备Ni层及Mo层,研究了不同离子液体体系、不同的工艺参数对沉积Ni层和Mo层的影响,从而优选出较好的的沉积工艺进行Ni/Mo微叠层复合。利用扫描电子显微镜研究了Ni层和Mo层的表面形貌,并对纯Ni层、Ni/Mo微叠层复合材料分别进行了常温和高温力学性能研究,对比了热处理工艺、层厚比对Ni/Mo微叠层材料力学强度的影响。最后研究了Ni/Mo微叠层高温抗氧化性能。

研究结果表明:电沉积制备Ni层、Mo层较好的离子液体体系都是BMIMBF4+EG,温度、电流密度及添加剂含量对制备Ni层有较大的影响,通过对比形貌及结合力状况确定的较好的工艺参数为温度为120℃、BMIMBF4:EG体积比为1:1、电流密度为1.2 mA/cm2;电沉积制备Mo层过程中,溶液体系、主盐类型、电流密度及温度等条件对Mo层质量影响较大,通过对比得出较好的工艺参数为离子液体溶液采用BMIMBF4+EG体系、主盐采用MoCl5、沉积温度140℃、电流密度约为0.8 mA/cm2;利用双向可调脉冲电源制备的Ni层过程中,随着峰值电流密度的增大,常温抗拉强度明显增加,但过大的电流密度易导致Ni层开裂;热处理工艺以及提高Ni、Mo层厚比都可以显著提高Ni/Mo叠层的常温抗拉强度及延伸率;500℃温度下,纯Ni层的抗拉强度下降较多、延伸率增加至35%左右;Ni/Mo微叠层材料在常温下没有提高材料的抗拉强度,但在高温下有明显的提高;Ni/Mo微叠层材料高温下Ni层对Mo层具有一定的保护作用,但其整体高温抗氧化性能仍稍逊于纯Ni层。