论文部分内容阅读
由于Cu-10Ni合金具有良好的导电性、可加工性和耐腐蚀性,被广泛应用于海洋环境中。Cu-10Ni合金的失效往往首先发生在表面,而腐蚀是其失效的主要方式,因此,可以通过提高材料表面的综合性能达到改善Cu-10Ni合金耐蚀性的目的。表面纳米化(SNC)技术是提高金属材料性能和延长使用寿命的常见技术。本论文通过实验和理论研究,获得具有高抗蚀性白铜合金表面纳米化最佳制备工艺,为其推广应用奠定了基础,研究结果对指导白铜的腐蚀机理,丰富纳米晶腐蚀的理论具有重要意义。铜合金还可以作为负极集流体而应用于锂离子电池中,但其在使用过程中容易发生腐蚀,从而导致使用寿命缩短并影响电池的稳定性。因此,制备高耐腐蚀性和稳定的循环性能的集流体具有重要意义。纳米化可以提高铜合金耐蚀性能,增加与活性物质接触的比表面积,有效降低电池在充电和放电过程中活性物质的绝对体积膨胀率,增强与电解质的接触,以及提高导电性能。本文分别采用了超声喷丸技术(Ultrasonic shot peening,USSP)和超声表面滚压技术(Ultrasonic surface rolling process,USRP)对Cu-10Ni合金进行纳米化处理,获得了具有梯度纳米结构表面层的合金,并对表面纳米层的组织结构和性能进行了表征,同时研究了表面纳米化处理前后的Cu-10Ni合金在3.5 wt.%NaCl溶液中的腐蚀行为。在此基础上,将经过超声表面滚压处理的Cu-10Ni合金应用于锂离子电池负极集流体,初步研究了Cu-10Ni合金集流体的腐蚀性能以及电池性能。研究结果表明:(1)采用超声喷丸设备处理Cu-10Ni合金,随喷丸时间增加,晶粒细化,硬度增加,表层产生变形层越厚。在3.5 wt.%NaCl溶液中对超声喷丸的Cu-10Ni合金进行电化学腐蚀行为研究,发现超声喷丸后的样品阻抗谱曲率半径增大,极化曲线腐蚀电位正移,腐蚀电流密度减小,耐腐蚀性能提高。(2)超声表面滚压处理后Cu-10Ni合金最表面层的平均粒径为70 nm,实现了纳米化。表面硬度比基体硬度增加了约80%,截面硬度呈梯度变化。表面纳米化处理后的电化学极化曲线有明显的钝化平台,且腐蚀电流密度较小,腐蚀电压比原始试样大,表明纳米化处理后试样的耐蚀性得到提高。原始试样的阻抗谱圆弧半径比纳米化的小,说明纳米化试样的腐蚀速率较小。(3)超声表面滚压处理可以获得表层晶粒尺寸为70 nm左右的纳米晶层,将其作为铜合金集流体应用在锂离子电池负极中,通过电化学阻抗和极化曲线结果表明表面纳米化后铜合金集流体在锂离子电池电解液中的耐蚀性更好。通过原子力显微镜(AFM)测试,表面纳米化处理后的铜Cu-10Ni合金集流体比原始样品表面更粗糙,比表面积增加,同时,集流体电极的比容量大于原始样品且保持更高的循环稳定性以及良好的倍率性能。