一种纳米晶金属极薄带的制备方法技术

一种纳米晶金属极薄带的制备方法，属于轧制技术领域，按以下步骤进行：（1）采用的原料为钢、铜、铝、镍、钛或钼带材，或上述金属的合金带材作为轧件，厚度为200~5000μm；（2）设置异步极薄带轧机的轧制速度、异速比、异速比调节步长、预压紧力和前后张应力；（3）启动轧机对轧件进行一个道次轧制，轧制时在线调节异速比；（4）测量轧件的厚度，并重新对轧制速度、异速比、异速比调节步长、前后张力和预压紧力进行设定；（5）启动轧机对轧件进行下一道次轧制，轧制时在线调节异速比；（6）重复步骤2到5，直至轧件被轧制至厚度为1~5μm。本发明专利技术的方法可实现纳米晶金属极薄带生产的连续化，且无须中间退火。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米晶金属极薄带的制备方法
本专利技术属于轧制
，特别涉及一种纳米晶金属极薄带的制备方法。
技术介绍
纳米晶金属材料一般是指晶粒尺度在100nm以内的金属材料；纳米晶金属材料因其晶粒细小和晶界比表面积大而表现出与普通金属材料性能迥异的力学、电学和磁学等性能。纳米晶金属材料可通过气相法制备，如气相沉积法和溅射法等，也可通过液相法制备，如快淬法等，还可通过强烈塑性变形法制备，如小球滚动轧制法、高压扭转法和超声波喷丸法等。随着微制造技术和微成形技术的发展，金属及合金极薄带需求量越来越大，广泛应用于微电子行业、微制造行业、仪器仪表行业和微机电行业等；纳米晶金属极薄带因兼具纳米晶金属材料和极薄带的优点，有着巨大的商业潜能，但常规的纳米晶粒金属材料制备方法却难以实现连续低成本生产，限制了其研究与应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种纳米晶金属极薄带的制备方法，采用带张力异步轧制方法对金属带材进行连续轧制，通过上、下工作辊道次在线快慢速交替，充分细化晶粒获得纳米晶金属极薄带。本专利技术的方法按以下步骤进行：1、采用钢、铜、铝、镍、钛或钼带材，或上述金属的合金带材作为轧件，厚度为200~5000μm；2、设置异步极薄带轧机的轧制速度、异速比、异速比调节步长、预压紧力和前后张应力；3、启动异步极薄带轧机对轧件进行一个道次轧制，轧制时在线调节异速比，调节范围为1.0~1.5；4、一个道次轧制结束后，测量轧件的厚度，并重新对轧制速度、异速比、异速比调节步长、前后张应力和预压紧力进行设定；5、启动异步极薄带轧机对轧件进行下一道次轧制，轧制时在线调节异速比，调节范围为1.0~1.5；6、重复步骤2到5，直至轧件被轧制为厚度1~5μm的纳米晶极薄带，完成轧制。上述的步骤2和步骤4中，设置的轧制速度为轧机最大轧制速度的20%~100%，异速比为1.0~1.5，异速比调节步长为0.01~0.1。上述的步骤2和步骤4中，设置的前后张应力为轧件原料屈服应力的20%~60%，预压紧力为轧机最大轧制力的10%~80%。上述的纳米晶金属极薄带的晶粒尺寸在30~70nm。上述的步骤3和步骤5中，当异速比不为1时，异步极薄带轧机中轧制速度较快的工作辊为快工作辊，轧制速度较慢的工作辊为慢工作辊，并且快工作辊的速度始终比慢工作辊的速度快；其中步骤3中的快工作辊在步骤5中为慢工作辊。上述的异步极薄带轧机通过控制系统设置轧制速度、异速比和异速比调节步长，并通过控制系统在线调节异速比；所述的控制系统包括主控计算机、PLC和操作台。本专利技术的方法对原料的原始晶粒尺寸没有要求，采用带张力异步轧制方法对轧件进行连续轧制，轧件承受压缩-剪切-拉伸复合成形，易于轧件减薄和晶粒碎化；轧制过程中，上、下工作辊道次在线快慢速交替，轧件上下表面道次交替承受不同应力状态，利于轧件晶粒均匀细化；整个轧制过程，轧件累积压下系数大于等于40.0，且无中间退火道次，轧件最终厚度为1~5μm，最终晶粒尺寸在30~70nm；等轴晶金属原料经过轧制后，轧件内晶粒沿轧制方向延伸，在厚度方向上被压扁，随着压下量增大，位错密度增大，位错缠结，形成亚晶并进一步碎化成纳米亚晶，当压下量继续增大时，纳米亚晶界滑动，形成纳米晶金属极薄带。本专利技术的有益效果在于：1、采用带张力异步轧制，轧件将承受压缩-剪切-拉伸复合成形，利于轧件减薄和晶粒碎化，可实现金属极薄带生产的连续化；2、可实现上、下工作辊道次在线快慢速交替，轧件上下表面道次交替承受不同应力状态，利于晶粒均匀细化；3、整个轧制过程，轧件累积压下系数大于等于40.0，但无须中间退火道次，可大大提高生产效率。附图说明图1为本专利技术的纳米晶金属极薄带的制备装置结构示意图；图中，1、异步极薄带轧机，2、计算机，3、操作台，4、PLC；图2为本专利技术的实施带张力异步轧制时的轧件变形区组成示意图；图中，O1为快速辊圆心，O2为慢速辊圆心，R为工作辊半径，VH为轧件入口速度，Vh为轧件出口速度；图3为本专利技术的纳米晶金属极薄带的轧制过程轧件晶粒变化示意图；图4为本专利技术实施例2的纳米晶紫铜极薄带透射照片图。具体实施方式本专利技术实施例中异步极薄带轧机的控制系统包括主控计算机、PLC和操作台，计算机和异步极薄带轧机分别与操作台装配在一起，主控计算机上有轧机控制系统人机界面，可对上、下工作辊的轧制速度和异速比调节步长进行设定且可读取当前轧制力、轧制速度等数值。本专利技术实施例中采用的金属原料的厚度在200~5000μm。本专利技术的纳米晶金属极薄带的制备方法的累积压下系数大于等于40.0。本专利技术中使用的透射电镜为TecnaiG220。本专利技术的纳米晶金属极薄带的制备装置结构如图1所示，异步极薄带轧机1通过控制系统设置轧制速度、异速比和异速比调节步长，并通过控制系统在线调节异速比；所述的控制系统包括主控计算机2、PLC4和操作台3。本专利技术实施例中所使用的异步极薄带轧机的最大轧制速度为130mm/s，最大轧制力为500kN。实施例11、采用的原料为厚度350μm，宽度为80mm的Q195钢带，成分按重量百分比C0.06~0.12%、Mn0.25~0.50%、Si≤0.30%、S≤0.05%、P≤0.045%，其余部分为Fe，晶粒尺寸为12μm，原料的屈服强度为195MPa；启动轧机系统电源，并将Q195钢带穿过上、下工作辊之间的辊缝，卷到两卷筒上；2、设置异步极薄带轧机的轧制速度、异速比、异速比调节步长、预压紧力和前后张应力；轧制速度为50mm/s，为轧机最大轧制速度的38.5%，异速比为1.0，异速比调节步长为0.01；前后张应力为70MPa，为轧件原料屈服强度的35.9%，预压紧力为100kN，为轧机最大轧制力的20.0%；3、启动异步极薄带轧机对Q195钢带进行一个道次轧制，轧制时在线调节异速比，调节范围在1.0~1.5；轧制时，当异速比不为1时，上工作辊为快工作辊，下工作辊为慢工作辊；4、一个道次轧制结束后，测量Q195钢带的厚度，并重新对轧制速度、异速比、异速比调节步长、前后张应力和预压紧力进行设定；轧制速度为50mm/s，为轧机最大轧制速度的38.5%，异速比为1.0，异速比调节步长为0.01；前后张应力为70MPa，为轧件原料屈服强度的35.9%，预压紧力为100kN，为轧机最大轧制力的20.0%；5、启动异步极薄带轧机对Q195钢带进行下一道次轧制，轧制时在线调节异速比，调节范围在1.0~1.5；轧制时，当异速比不为1时，上工作辊为慢工作辊，下工作辊为快工作辊；6、重复步骤2到5，直至Q195钢带被轧制为厚度2μm的纳米晶Q195钢极薄带，完成轧制；纳米晶Q195钢极薄带的晶粒尺寸在50nm，累积压下系数为175.0。实施例2方法同实施例1，不同点在于：（1）采用的原料为厚度1000μm、宽度50mm的紫铜带，牌号为T2，成分按重量百分比含Cu99.90%、Ag0.022%、Bi0.0005%、Sb0.001%、As0.002%、Fe0.002%、Ni0.009%、Pb0.005%、Sn0.002%、S0.005%、Zn0.008%、O0.025%，晶粒尺寸为14μm，原料的屈服强度为70MPa；（2）设置轧制速度为120mm/s，为轧机最大轧制速度的92.3%本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米晶金属极薄带的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：（1）采用钢、铜、铝、镍、钛或钼带材，或上述金属的合金带材作为轧件，厚度为200~5000μm；（2）设置异步极薄带轧机的轧制速度、异速比、异速比调节步长、预压紧力和前后张应力；（3）启动异步极薄带轧机对轧件带进行一个道次轧制，轧制时在线调节异速比，调节范围在1.0~1.5；（4）一个道次轧制结束后，测量轧件的厚度，并重新对轧制速度、异速比、异速比调节步长、前后张力和预压紧力进行设定； （5）启动异步极薄带轧机对轧件进行下一道次轧制，轧制时在线调节异速比，调节范围在1.0~1.5；（6）重复步骤（2）到（5），直至轧件被轧制成厚度为1~5μm的纳米晶极薄带，完成轧制。

【技术特征摘要】
1.一种纳米晶金属极薄带的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：（1）采用钢、铜、铝、镍、钛或钼带材，或上述金属的合金带材作为轧件，厚度为200~5000μm；（2）设置异步极薄带轧机的轧制速度、异速比、异速比调节步长、预压紧力和前后张应力；设置的轧制速度为轧机最大轧制速度的20%~100%，异速比为1.0~1.5，异速比调节步长为0.01~0.1；设置的前后张应力为轧件原料屈服应力的20%~60%，预压紧力为轧机最大轧制力的10%~80%；所述的异步极薄带轧机通过控制系统设置轧制速度、异速比和异速比调节步长，并通过控制系统在线调节异速比；所述的控制系统包括主控计算机、PLC和操作台；（3）启动异步极薄带轧机对轧件带进行一个道次轧制，轧制时在线调节异速比，调节范围在1.0~1.5；当异速比不为1时，异步极薄带轧机中轧制速度较快的工作辊为快工作辊，轧制速度较慢的工作辊为慢工作...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘相华，宋孟，孙祥坤，陈守东，邵云云，冯禄，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21