電解溶出法による金属系超軽量ナノポーラスマテリアルの創製

电解洗脱法制备超轻金属纳米多孔材料

基本信息

批准号：
20656119
负责人：
山崎徹
金额：
$ 2.3万
依托单位：
University of Hyogo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究で取り扱うNi-Wナノ結晶電析合金は、Ni含有量を増加させると、4000GPaに迫る超高引張強度を示しつつ、加工硬化を伴う塑性変形の発現を確認した。W含有量が20at.%以上になると、ほぼ全面にアモルファス構造を示すが、Ni含有量の増加とともに、サブミクロンレベルの粒組織が見られるようになり、その界面部分は、厚さ20～30nm程度のNiが高濃度に偏析したナノ界面組織の形成が見られ、そのサブミクロン粒子内部は、数ナノメータサイズのナノ結晶粒子の集合体構造となるメゾスケールの網目状偏析構造が形成される。これらメゾスケール構造を有する電析Ni-17at.%W合金試料で引張試験片を作製し、その試験片を1規定の希硫酸エッチング液に140時間浸漬してエッチング処理を行い、レーザー顕微鏡により表面状態を観察することによりナノボイド生成の有無を確認した後、引張試験を実施した。Ni-W電析の表面平滑状態は、銅基板上の下地として行う銅電析の厚さによって影響を受けるため、その標準的な厚さ以外、薄くした場合と厚くした場合についても試料を作製し評価した。希硫酸液によるエッチングにより、電析時の表面平滑性の高いNi-W合金ほど、均一な分布のナノボイドの形成が容易であった。数十から数百nm程度のボイドが生成されたと判断された試料について引張破断強度を測定したところ、ボイド形成による破断強度の低下は認められなかった。以上のことから、Ni-rich領域のメゾスケールの網目状偏析構造を意図的に残留させ、サブミクロン粒子内部をナノポーラス化することにより、超軽量、高強度、高延性材料の実現が可能であると考えられ、ナノポーラス構造を有する超軽量合金の開発が可能であると考えられた。

本研究中处理的Ni-W纳米晶沉积合金当Ni含量增加时表现出接近4000 GPa的超高拉伸强度，并且证实发生了伴随加工硬化的塑性变形。当W含量超过20at.%时，几乎整个表面出现非晶结构，但随着Ni含量增加，亚微米级晶粒结构变得可见，并且界面部分的厚度为20至30nm。观察到Ni以高浓度偏析的纳米界面结构的形成，并且在亚微米颗粒内部形成由数纳米尺寸的纳米晶体颗粒的聚集结构组成的介观尺度网络状偏析结构。使用这些具有介观结构的电沉积Ni-17at.%W合金样品制备拉伸试件，将试件浸入1N稀硫酸蚀刻溶液中140小时进行蚀刻处理，并使用激光蚀刻表面通过观察状态确认纳米空隙的形成的有无后，进行拉伸试验。由于Ni-W电沉积的表面平滑度受到作为基底在铜基板上进行的铜电沉积的厚度的影响，因此不仅以标准厚度制备样品，而且以更薄和更厚的厚度制备样品并进行评价。通过稀硫酸溶液蚀刻，电沉积时更容易在表面光滑度较高的Ni-W合金中形成分布均匀的纳米空隙。当对确定形成有数十至数百纳米的空隙的样品测量断裂拉伸强度时，没有观察到由于空隙形成而导致的断裂强度的降低。综上所述，通过在富镍区域有意地保留介观尺度网络偏析结构并使亚微米颗粒的内部形成纳米孔，可以制造超轻量、高强度和高延展性的材料。开发具有纳米多孔结构的超轻合金是可能的。