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近年来,晶粒尺寸小于100nm的纳米材料受到了广泛的关注。由于具有非常小的晶粒尺寸和非常高的界面体积分数,且与普通材料相比,纳米微粒材料表现出许多优异的物理、化学和力学性能,所以目前制备金属纳米微粒的方法和工艺一直吸引众多学者的研究。目前,人们也发展了许多制备纳米微粒材料的方法和工艺,在众多纳米材料制备方法和工艺中,由于电沉积法具有设备简单、投资少,并且可制备出高质量的致密的膜、纤维、块体纯金属及其合金,所以近年来它备受关注,研究成果日益增多。
电沉积覆镍深冲钢带是一种电沉积镍镀层与低碳钢基体紧密结合,具有优良的延伸率和防腐能力的新型电池外壳材料。脉冲喷射电沉积由于采用脉冲波形的间断沉积方式,具有高沉积电流密度和高沉积速度的特点,其所具有的高沉积速度特点使该技术在应用于实际生产方面拥有特殊优势。因此,采用脉冲喷射电沉积技术制备纳米晶镍深冲钢带是一种非常值得研究和开发的生产工艺,将具有非常广阔的应用前景。另外,随着纳米材料科学的发展和成熟,纳米线材料优异性能和特点不断被人们认识和利用。因此,含有纳米纤维的纳米晶镍镀层为深冲钢带产品开辟了更为广泛的应用前景。
本文的研究工作分为两个部分。在第一部分工作中,我们采用脉冲电流代替普通的直流电流,利用喷射电沉积技术在低碳钢基体上快速电沉积镍镀层,经测试和分析计算得出镍镀层的晶粒尺寸在10~35nm范围内;同时对沉积工艺参数与镍镀层晶粒尺寸及结构的关系做了分析和讨论。在第二部分工作中,利用阳极氧化法制备多孔氧化铝模板,研究了氧化电压及时间对氧化膜形貌及孔径的影响。以上两部分工作的完成,为制备含有纳米纤维的纳米晶覆镍深冲钢带产品提供了有利的前提条件。在本文的第一章中,首先介绍了本课题的相关研究背景和研究现状,然后对电沉积法制备纳米材料的优点、原理和方法及电沉积纳米材料的性能和应用前景作了简要总结,最后叙述了喷射电沉积技术的发展历史和研究现状以及我们选取本课题的依据。在第二章中,首先介绍了本课题组自行设计安装的一套未浸没单孔喷射电沉积装置及其设计原理,然后用自行设计安装的一套未浸没单孔喷射电沉积装置制备了不同参数下的镍镀层样品,并对镍镀层样品的分析测试方法做了详细的叙述,最后对镍镀层的微观结构特征做了简要的分析。在第三章中,对在不同参数下得到的样品使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等仪器对镀层微观结构进行了分析和表征,主要考察了在脉冲喷射电沉积方式下,沉积参数如平均电流密度、脉冲频率和占空比等对镀层微观结构的影响。在第四章中,分析和阐述了纳米镍镀层的微观结构,包括晶粒尺寸的细化、表面形貌特征、织构和晶粒形态的形成以及点阵常数的变化。在第五章中,采用阳极氧化法制备高度有序的多孔氧化铝模板,并探讨了氧化参数对其形貌及孔径的影响。