脉冲电流条件下纳米晶Ni箔室温塑性及其本构关系模型

发布时间：2017-08-03 15:00

  本文关键词：脉冲电流条件下纳米晶Ni箔室温塑性及其本构关系模型

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【摘要】：纳米晶材料由于具有独特的物理、化学性能,近年来备受国内外学者的关注。脉冲电沉积制备的纳米晶金属材料具有晶粒尺寸分布均匀、孔隙率低等优点,被广泛用于微型零件的制造。但由于纳米晶材料较差的室温塑性,使得其应用受到了很大的限制。因此,为提高其塑性,本文以脉冲电沉积制备的纳米晶Ni箔为原材料,在其室温变形过程中引入高密度的脉冲电流,系统研究了脉冲电流条件下纳米晶Ni箔在塑性变形过程中的组织演变规律及其变形机制,并构建了其本构关系的神经网络模型。研究了脉冲电流密度、电沉积温度等因素对镀层硬度的影响,利用正交试验确定了最佳电沉积工艺参数,制备出了表面致密、性能良好的纳米晶Ni箔。利用室温单向拉伸实验研究了纳米晶Ni箔的力学性能,研究发现脉冲电流处理能够显著地改善材料的室温塑性,材料的延伸率随着峰值电流密度的增大呈现出非线性增加的趋势;材料的抗拉强度整体而言略有下降,但仍保持在较高强度水平。通过SEM分析了脉冲电流作用下纳米晶Ni箔拉伸断口的表面形貌变化,TEM观察了断口附近微观组织的变化,分析了不同密度的脉冲电流处理条件下纳米晶Ni箔的断裂特性,以及脉冲电流对孪晶、位错等的影响。研究发现脉冲电流可以在一定程度上促进晶粒转动与晶界滑移、孪晶的形成、大尺寸晶粒中位错的滑移,从而有助于材料塑性的提高。建立了脉冲电流条件下纳米晶Ni箔本构关系的BP神经网络模型,以尺寸因子、电流密度、应变为输入参数,以流动应力为输出参数,以室温单向拉伸试验数据为样本,利用BP神经网络的反向传播学习规则,对该模型进行了训练与验证。将模型的预测值和实验值相比较,得到该模型的整体误差在6%以内,相关系数接近于1,验证了模型的可靠性,为后续的纳米晶材料微成形工艺奠定了理论基础。
【关键词】：纳米晶Ni箔 脉冲电流处理 电致塑性 本构关系模型
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.15;TB383.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 引言10
• 1.2 纳米晶金属材料的塑性成形技术10-14
• 1.2.1 纳米晶金属材料的强度10-11
• 1.2.2 纳米晶金属材料的塑性11-13
• 1.2.3 纳米晶金属材料塑性成形的数值模拟13
• 1.2.4 纳米晶金属材料的微塑性成形工艺13-14
• 1.3 脉冲电流对金属材料塑性变形的影响14-17
• 1.3.1 电致塑性效应14-15
• 1.3.2 脉冲电流对钛合金塑性变形的影响15-16
• 1.3.3 脉冲电流对镁合金塑性变形的影响16-17
• 1.4 本课题研究的目的及意义17-18
• 1.5 主要研究内容18-19
• 第2章 脉冲电沉积制备纳米晶Ni箔19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 试验装置及方法19-22
• 2.2.1 电沉积装置及电沉积液配制19-21
• 2.2.2 脉冲电沉积的工艺流程21
• 2.2.3 镀层硬度测量装置21-22
• 2.3 电沉积纳米晶Ni箔参数的确定22-25
• 2.4 脉冲电沉积参数对纳米晶Ni箔硬度的影响25-29
• 2.4.1 电沉积温度对纳米晶Ni箔硬度的影响25-27
• 2.4.2 脉冲电流密度对纳米晶Ni箔硬度的影响27-29
• 2.5 本章小结29-31
• 第3章 脉冲电流对纳米晶Ni箔组织和力学性能的影响31-40
• 3.1 引言31
• 3.2 试验装置及方法31-33
• 3.3 实验结果分析和讨论33-39
• 3.3.1 不同电流密度下纳米晶Ni箔的力学性能分析33-35
• 3.3.2 不同电流密度下纳米晶Ni箔的微观结构分析35-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 脉冲电流条件下纳米晶Ni箔本构关系的神经网络模型40-51
• 4.1 引言40
• 4.2 人工神经网络在塑性成形中的应用研究40-41
• 4.3 BP神经网络41-45
• 4.3.1 BP神经网络的结构42
• 4.3.2 BP神经网络的学习算法42-45
• 4.4 基于BP神经网络的本构关系模型45-50
• 4.4.1 样本数据的处理45-47
• 4.4.2 神经网络模型的建立47-48
• 4.4.3 神经网络模型验证48-50
• 4.5 本章小结50-51
• 结论51-52
• 参考文献52-56
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及专利情况56-57
• 致谢57

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