韓方恒

(江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院，江蘇 徐州 221000)

對(duì)納米結(jié)構(gòu)金屬材料的塑性變形制備技術(shù)的幾點(diǎn)探討

韓方恒

(江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院，江蘇 徐州 221000)

納米構(gòu)造金屬原料的塑性變形技術(shù)，包含大應(yīng)變量變形技術(shù)、高應(yīng)變速率變形技術(shù)、高應(yīng)變梯度變形技術(shù)，本文闡述變形模式以及變形數(shù)據(jù)對(duì)晶體細(xì)化的作用情況，并總結(jié)使用塑性變形技術(shù)制備納米構(gòu)造金屬原料的發(fā)展態(tài)勢(shì)等。

納米金屬；塑性變形；制備科技；討論

納米材料誕生之后，材料領(lǐng)域的專業(yè)人士就嘗試?yán)眉{米塑性變形的特征來制備納米構(gòu)造金屬原料。與它類制備納米原料的模式對(duì)比，塑性變形模式有著材料應(yīng)用種類多、樣本尺寸大、不會(huì)進(jìn)入孔隙或保證生態(tài)環(huán)境等先天優(yōu)勢(shì)。從1990年開始，塑性變形制備技術(shù)與制備的納米技術(shù)材質(zhì)開始普及推廣。當(dāng)前，塑性變形業(yè)已讓制備納米金屬原料成為可能，并開發(fā)了多類制備超細(xì)晶與納米構(gòu)造原料的變形技術(shù)。這類技術(shù)有著差異明顯的特點(diǎn)，當(dāng)中等通道擠壓、高壓扭動(dòng)、累積疊軋等技術(shù)在變形處置前與處置后，樣本的幾何尺寸仍然保持原狀，并且可以滿足大應(yīng)變量的形變；表層機(jī)器研磨、表層機(jī)器軋制能夠在塊體原料表層完成強(qiáng)應(yīng)變梯度的塑性變形。筆者將在下文中詳細(xì)闡述。

1　大應(yīng)變量變形制備技術(shù)

1.1冷軋

冷軋已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域普及使用，在納米材料研發(fā)行業(yè)，冷軋已經(jīng)成為一類植被超細(xì)晶以及納米構(gòu)造材料的模式。其原理是讓平板樣本經(jīng)過有著既定距離并相對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)的軋輥，并致使樣本在厚度方位形成一部分壓下量而產(chǎn)生塑性變形。伴隨樣本軋輥次數(shù)的增多，塑性變形量也在持續(xù)攀升，讓樣本中原來的粗大晶粒尺寸細(xì)化到微米單位或納米單位。通過室溫冷軋制備的材料，其晶粒的尺寸維持原樣，而晶粒間取向差遞增，然而當(dāng)純Cu冷凝到液氮?dú)鉁?，立即拿出并完成冷軋，平均晶粒尺寸能夠被縮減到2 nm。

1.2累積疊軋

累積疊軋是20世紀(jì)90年代末桑托等人在以往冷軋技術(shù)上研發(fā)的、植被超細(xì)晶金屬原料的科技，其基礎(chǔ)的工作原理見圖1。

通過圖1能夠看到，使用2個(gè)幾何尺寸類似的平板，讓表層完成脫脂和鋼刷處置讓表層光滑，之后讓2個(gè)平板重疊并穩(wěn)固在一處，在室溫或?qū)訜崞桨鍖?shí)施軋制的過程中，讓2個(gè)平板軋制在一個(gè)平板上，在每回軋制階段，管控厚度壓下量達(dá)到50%，軋制后平板厚度與軋制前平板厚度相同，長(zhǎng)是軋制前的2被。在進(jìn)入累積疊軋工序前，將軋制后的平板切割為何軋制前幾何尺寸一樣的2個(gè)平板，將2個(gè)平板循環(huán)往復(fù)地進(jìn)行處置，達(dá)成平板大應(yīng)變量的累積疊軋。與以往的冷軋模式對(duì)比，累積疊軋后樣本尺寸維持原樣，原理上累積疊軋軋制的次數(shù)沒有約束，能夠取得極大的變形量，讓晶粒的尺寸縮減。累積疊軋也能夠挑選2類不一樣的材料完成，累積疊軋的樣本的微觀構(gòu)造與冷軋取得的構(gòu)造趨近，累積疊軋純Cu顆粒的尺寸大概是260 nm，與室溫冷軋Cu的顆粒尺寸類似。

圖1　累積疊軋運(yùn)轉(zhuǎn)圖

1.3等通道擠壓

等通道擠壓是1980年色加爾等研制的一類能夠完成大剪切變形量的金屬成型技術(shù)，雖然在1980年并未引發(fā)理論界的關(guān)注，然而到1990年之后，瓦利維等專家發(fā)明了使用等通道擠壓技術(shù)讓材料產(chǎn)生剪切屬性變形的模式，讓顆粒更為細(xì)化，這類技術(shù)立刻成為理論界與實(shí)務(wù)界爭(zhēng)相探討的焦點(diǎn)，并快速發(fā)展為制備超細(xì)晶與納米構(gòu)造金屬材料的模式。等通道擠壓科技制備超細(xì)晶與納米構(gòu)造金屬材料的原理見2圖。

2　高應(yīng)變梯度變形制備技術(shù)

高應(yīng)變梯度變形制備技術(shù)中，較為典型的就是表面機(jī)器研磨技術(shù)。

其工作原理見圖3。通過振動(dòng)設(shè)備牽動(dòng)，容器中彈丸形成共振，并持續(xù)地以極大的速度撞向材料表層，每一次沖撞均會(huì)使材料表面形成高應(yīng)變速率的塑性變形。

通過多方位、高速率的彈丸沖撞讓材料表面形成極大的塑性變形，進(jìn)而致使表面的粗糙經(jīng)歷細(xì)化到納米級(jí)別。因?yàn)檎駝?dòng)次數(shù)、彈丸尺寸以及與表層間距的不一樣，彈丸速率大致在1～20 m/s間波動(dòng)。彈丸以任意方位沖撞材料表層，讓材料表層的滑移系或?qū)\晶性被帶動(dòng)，有助于原始粗糙晶粒達(dá)到納米級(jí)別。

3　結(jié)束語(yǔ)

綜上，塑性變形制備技術(shù)產(chǎn)出的納米構(gòu)造金屬有著超強(qiáng)的功能以及進(jìn)步潛力，因此大塑性變形被認(rèn)定是制備塊體納米構(gòu)造材料的最佳渠道。然而在工業(yè)領(lǐng)域普及使用大塑性變形技術(shù)，還有不少漏洞需要彌補(bǔ)。找到最佳的制備技術(shù)，是未來一段時(shí)間內(nèi)的主要課題。

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圖2　等通道擠壓工作圖

圖3　表面層機(jī)器研磨工作圖

TB383

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1671-0711（2016）09（下）-0100-02