研究工作得到了如下結論:

    1.利用改進(jìn)的電刷鍍技術(shù)制備了高冶金質(zhì)量,具有真正納米晶結構的大塊納米銅樣品。鍍筆由棉花和丙綸布包裹的不銹鋼(AISI304)構成。鍍液由 CuSO_4·5H_2O,NH_4NO_3,C_6H_8O_7·H_2O和少量添加劑組成。電刷鍍時(shí)鍍液中的[Cu(NH_3)_6]~(2+)絡(luò )合 物離子在超電壓的作用下,獲得電子而還原,形成納米銅沉積。沉積層首先以二維形式形核張大,然后以三維方式成長(cháng)。電刷鍍納米銅沉積結構受基體表面狀態(tài)影 響,高的表面質(zhì)量有益于得到高質(zhì)量的納米銅沉積結構。添加劑的使用可控制沉積層的晶粒尺寸,抑制粗大晶粒簇等結構的形成。鍍筆與沉積表面摩擦作用增加形核 率,并有凈化表面的作用。適當地控制直流電壓、溫度、鍍筆運動(dòng)速度和鍍液流量等工藝參數可獲得高質(zhì)量的大塊納米銅樣品。

    2.利用X-衍射分析、掃描電子顯微鏡、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡,透射電子顯微鏡的設備,對電刷鍍納米銅表面沉積形態(tài)、顯微結構、成分、密度等進(jìn)行全面表征工作。結果顯示,電刷鍍納米銅為等軸晶

    粒結構,平均晶粒尺寸為26nm,且尺寸分布均勻,主要為大角度晶界結構,不存在微觀(guān)裂紋和微孔和明顯的晶體織構,平方根微應變?yōu)?.28%。電刷鍍納米 銅沉積表面光滑,粗糙度低,具有良好的覆蓋性和平整性。電刷鍍納米銅的密度為8.93g/cm3,純度為99.73wt%。表明研制的電刷鍍納米銅是一種 真正意義上的納米晶材料。

    3.室溫拉伸蠕變實(shí)驗顯示,電刷鍍納米銅在低應力下發(fā)生Coble蠕變,隨應力的增加發(fā)生指數型蠕變(應力指數為n=1/m=4.11)。兩種蠕變變形均 沒(méi)有門(mén)檻應力。Coble蠕變的最高應力對應于最低應變速率下拉伸屈服強度。高應力下(325MPa)的蠕變斷裂是由于較高的蠕變應變和缺少應變硬化作用 所致。室溫拉伸實(shí)驗顯示,電刷鍍納米銅具有非常高的應變速率敏感性,其值為=0.104,該值為迄今為止所有納米金屬的最高室溫m值。在試驗的應變速率范 圍,極限抗拉強度從296MPa增加到865MPa,斷裂延伸率從5.6%下降到3.4%,較低的塑性是由于電刷鍍納米銅的大角度晶界結構。變形機制分析 表明,電刷鍍納米銅的塑性變形主要由晶界滑移控制,高應變速率時(shí)還包括位錯交互產(chǎn)生的貢獻。m4.室溫壓縮蠕變實(shí)驗顯示,電刷鍍納米銅在低應力時(shí)發(fā)生 Coble蠕變,隨應力的增加發(fā)生兩種形式的指數型蠕變(應力指數分別為=4.41和11.24),后一種蠕變的m值與壓縮試驗第一階段m值非常接近。三 種蠕變均沒(méi)有門(mén)檻應力。室溫壓縮試驗顯示,電刷鍍納米銅同樣具有非常高的應變速率敏感性,低應變速率時(shí)的m值為=0.084,高應變速率時(shí)的m值為 0.036;兩個(gè)應變速率區的流變應力激活體積n=1/mmν?分別為6.4b3和9.7b3。應變速率跳躍試驗測得的m從0.18連續下降到 0.018,ν?從4.6b3連續增加到33b3。

在試驗的應變速率范圍,對應2%塑性應變的強度從664MPa增加到1516MPa,后者是迄今為止所有純銅最高的強度值。在高應變,電刷鍍納米銅 表現出明顯的流變軟化現象,其軟化程度與應變速率有關(guān)。變形機制分析表明,在低應變速率,塑性變形主要由晶界機制控制;在高應變速率,塑性變形主要由位錯 機制控制。這種變形機制轉變源于應變速率對熱激活作用的壓制。隨應變速率的增加,晶界機制作用的減小,位錯機制貢獻的增大導致大的強度增量,高應變速率時(shí) 非常高的強度說(shuō)明位錯機制非常強的強化作用。高應變速率時(shí)的加強流變軟化現象是由于絕熱局部熱軟化作用。

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