納米金屬材料研究

1、納米金屬材料研究 3)電沉積納米晶ni 電沉積薄膜具有典型的柱狀晶結(jié)構(gòu)，但可以用脈沖電流將其破裂。細(xì)心地掌握溫度、pH值和鍍池的成份，電沉積的ni晶粒尺寸可達(dá)10nm。但它在350K時(shí)就發(fā)生反常的晶粒長大，添加溶質(zhì)并使其偏析在晶界上，以使之產(chǎn)生溶質(zhì)拖拽和Zener粒子打軋效應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。例如，添加千分之幾的磷、流或金屬元素足以使納米結(jié)構(gòu)穩(wěn)定至600K。電沉積涂層脈良好的掌握晶粒尺寸分布，表現(xiàn)為Hallpetch強(qiáng)化行為、純ni的耐蝕性好。這些性能以及可直接涂履的工藝特點(diǎn)，使管材的內(nèi)涂覆，尤其是修復(fù)核蒸汽發(fā)電機(jī)特別便利。這種技術(shù)已經(jīng)作為eectrosleevetm工藝商業(yè)化。在這項(xiàng)應(yīng)用中

2、，微合金化的涂層晶粒尺寸約為100nm，材料的拉伸強(qiáng)度約為鍛造ni的兩倍，延伸率為15。晶間開裂抗力大為改善。 4）Al基納米復(fù)合材料 Al基納米復(fù)合材料以其超高強(qiáng)度（可達(dá)到1.6gpa）為人們所關(guān)注。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在非晶基體上彌散分布著納米尺度的a-Al粒子，合金元素包括稀土（如Y、ce）和過渡族金屬（如Fe、ni）。通常必需用快速凝固技術(shù)（直接淬火或由初始非晶態(tài)通火）獲得納米復(fù)合結(jié)構(gòu)。但這只能得到條帶或霧化粉末。納米復(fù)合材料的力學(xué)行為與晶化后的非晶合金相類似，即室溫下超常的高屈服應(yīng)力和加工軟化（導(dǎo)致拉神狀態(tài)下的塑性不穩(wěn)定性）。這類納米材料（或非晶）可以固結(jié)成塊材。例如，在略低于非晶合金的晶化

3、溫度下溫?cái)D。加工過程中也可以完全轉(zhuǎn)變?yōu)榫w，晶粒尺寸明顯大干部份非晶的納米復(fù)合材料。典型的Al基體的晶粒尺寸為100200nm，鑲嵌在基體上的金屬間化合物粒子直徑約50nm。強(qiáng)度為0.81gpa，拉伸韌性得到改善。另外，這種材料具有很好的強(qiáng)度與模量的結(jié)合以及疲憊強(qiáng)度。溫?cái)DAl基納米復(fù)合材料已經(jīng)商業(yè)化，注冊(cè)為gigastm。霧化的粉末可以固結(jié)成棒材，并加工成小尺寸高強(qiáng)度部件。類似的固結(jié)材料在高溫下表現(xiàn)出很好的超塑性行為：在1s-1的高應(yīng)變速率下，延伸率大于500。 5結(jié)語 在過去十多年里，盡管納米材料的研究已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展，但很多重要問題仍有待探索和解決。諸如，如何獲得清潔、無孔隙、大尺寸的塊

4、體納米材料，以真實(shí)地反映納米材料的本征結(jié)構(gòu)與性能？如何開發(fā)新的制備技術(shù)與工藝，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)、低成本、多品種的納米材料產(chǎn)業(yè)化？納米材料的奇異性能是如何依靠于微觀結(jié)構(gòu)（晶粒尺寸與形貌、晶界等缺陷的性質(zhì)、合金化等）的？反之，如何利用微觀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與掌握，發(fā)展具有新奇性能的納米材料，以拓寬納米材料的應(yīng)用領(lǐng)域？某些傳統(tǒng)材料的局域納米化能否為其注入新的生命力？如何實(shí)現(xiàn)納米材料的功能與結(jié)構(gòu)一體化？如何使納米材料在必要的后續(xù)處理或使用過程中保持結(jié)構(gòu)與性能的穩(wěn)定性？等等。這些基本問題是進(jìn)一步深入研究納米材料及其實(shí)用化的關(guān)鍵，也是納米材料研究被稱為高風(fēng)險(xiǎn)與高回報(bào)并存的原因。 我國系統(tǒng)開展納米材料的科學(xué)研究始于80年月末，經(jīng)過近十年的努力，已經(jīng)做出了一批高水平、有國際影響的工作。整體水平和實(shí)力緊步美、日、德等主要西方國家之后，受到國際學(xué)術(shù)界的高度重視。然而，在激烈的國際競爭形勢(shì)下，急需以現(xiàn)有工作為基礎(chǔ)，以若干學(xué)科為突破目標(biāo)，集中人力、物力、財(cái)力的投入，使我國在這一領(lǐng)域的研究水平上一個(gè)新臺(tái)階。 致謝：在從事納米材料的研究中得到國家自然科學(xué)基金委（國家自然科學(xué)基金資助課題：59001447，59321001，59431021