脉冲电流条件下纳米晶Ni箔室温塑性及其本构关系模型

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。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2纳米晶金属材料的塑性成形技术

1.3脉冲电流对金属材料塑性变形的影响

1.4本课题研究的目的及意义

1.5主要研究内容

第2章 脉冲电沉积制备纳米晶Ni箔

2.1引言

2.2试验装置及方法

2.3电沉积纳米晶Ni箔参数的确定

2.4脉冲电沉积参数对纳米晶Ni箔硬度的影响

2.5本章小结

第3章 脉冲电流对纳米晶Ni箔组织和力学性能的影响

3.1引言

3.2试验装置及方法

3.3实验结果分析和讨论

3.4本章小结

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

4.1引言

4.2人工神经网络在塑性成形中的应用研究

4.3 BP神经网络

4.4基于BP神经网络的本构关系模型

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及专利情况

致谢