一种兼具高强度与高塑性的纯金属材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种兼具高强度与高塑性的纯金属材料及其制备方法。该材料的特征在于：其显微组织中的晶粒由两种不同粒度范围的晶粒组成，一种为常规的微米晶，一种为纳米晶；纳米晶的粒度范围是10‑200纳米，微米晶的粒度范围是0.5微米－5微米。纳米晶的体积分数70%以上，微米晶的体积分数在30%以下，微米晶镶嵌在纳米晶中。该材料采用脉冲电解、室温异步轧制、重结晶等方法制备而成。

【技术实现步骤摘要】
一种兼具高强度与高塑性的纯金属材料及其制备方法
本专利技术涉及一种金属材料的制备方法，尤其是一种兼具高强度与高塑性的纯金属材料及其制备方法。
技术介绍
强度（常用抗拉强度、屈服强度等来表征）与塑性（常用延伸率、断面收缩率等来表征）是金属材料的两个重要的力学性质。高强度可使金属在发生塑性变形之前承担大的载荷，而大塑性则可使其在破坏之前进行较大的塑性变形，避免发生突然的脆性断裂。作为工程材料，人们通常期望高强度的材料，但是，得到高强度材料的同时，一般会损失材料的塑性；提高塑性的同时，则会损失材料的强度。二者是一对矛盾，一般不可兼得。中国专利CN105080966A提供了一种纳米晶金属极薄带的制备方法，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。中国专利10162923提出了一种超细晶纯铁的制备方法，包括：选择待轧制材料，在900℃下保温5小时；同步轧制和异步异速轧制；保温后在常温下进行二次同步轧制，制成超细晶纯铁。本专利技术采用上述方案，通过简单步骤制得晶粒尺度为0.9ΜM，大角度晶界(Θ≥15°)含量达到65%以上的超细晶组织。经单轴拉伸试验表明，材料经过异步轧制后屈服强度有了显著提高。
技术实现思路
专利技术目的：为了充分发挥纯金属的力学性能，本专利技术提供了一种同时大幅度提高纯金属强度与塑性的方法。本专利技术的技术方案如下：采用结合脉冲电解与室温下异步轧制的方法，制备一种兼具高强度与高塑性的纯金属材料。其优异的性能来源于其结构。根据本专利技术，采用脉冲电解、微变形，多次轧制，可以制备一种不均匀的显微组织。其显微组织中的晶粒由两种不同粒度范围的晶粒组成，一种为常规的微米晶，一种为纳米晶；纳米晶的粒度范围是10-200纳米，微米晶的粒度范围是0.5微米－5微米。纳米晶的体积分数70%以上，微米晶的体积分数在30%以下，微米晶形成条带妆镶嵌在纳米晶中。具体制备方法包括以下步骤：1)采用脉冲电解的方式，制备多层金属板材，其中相邻层的制备条件不同，以改变其晶粒大小；2)启动多功能轧机系统，设定上下轧辊的速比，速比为1.1－1.5；设定每次轧制形变量为1-3%；设定低速辊的速度为0.5-2米／秒；3)启动主传动电机，开始轧制过程；4)待一次轧制过后，重复2）3）过程25次以上；5)进行重结晶退火热处理。重结晶温度为该金属熔点的三分之一到四分之一，时间3-20分钟。有益的效果：采用本专利技术制备的纯金属材料，可以得到兼具微米晶优秀的塑性与纳米晶优异的强度。事实上，全由纳米晶构成的金属材料，不仅难于制备，而且塑性极差。而本专利技术制备的材料，不仅在制备方法上简单的多，塑性高。而且在强度上也要优于纳米晶。其根源在于这种材料结构可以达到极大的背加工硬化，这是在均匀晶粒的材料中不存在的。此外，本专利技术采用室温轧制，比当前普遍采用的高温轧制更节约能源，成本低、适于大规模生产。具体实施方式下面通过结合附图与实施例详细描述本专利技术的制备方法，但不构成对本专利技术的限制。图1为本专利技术的显微组织图，较大的为微米晶，分布在细小的纳米晶中。实施例11.配置硫酸铜溶液：铜的浓度为60g/l，硫酸浓度为100g/l，Cl的浓度为50ppm，温度为40摄氏度，电流密度为50A／dm2，当铜箔厚度达到150微米时，得到铜层1，然后将电流密度改为100A／dm2，得到铜层2，厚度180微米，然后再将电流密度改为60A／dm2，电解得到铜层3，厚度150微米……如此反复进行10次，得到最终铜板；2.启动多功能轧机系统，设定上下轧辊的速比，速比为1.2；设定每次轧制形变量为3%；设定低速辊的速度为0.5米／秒；3.启动主传动电机，开始轧制过程，其中铜层2与快速辊接触；4.待一次轧制过后，重复轧制33次；5.进行重结晶退火热处理，重结晶温度为280摄氏度，时间10分钟。组织分析：微米晶的平均晶粒大小为0.81微米，纳米晶的平均粒径为25纳米。实施例21.配置硫酸铜溶液：铜的浓度为90g/l，硫酸浓度为50g/l，Cl的浓度为40ppm，温度为40摄氏度，电流密度为40A／dm2，当铜箔厚度达到300微米时，得到铜层1；然后将电流密度改为100A／dm2，得到铜层2，厚度290微米；然后再将电流密度改为40A／dm2，电解得到铜层3，厚度293微米……如此反复进行18次，得到最终铜板；2.启动多功能轧机系统，设定上下轧辊的速比，速比为1.5；设定每次轧制形变量为1%；设定低速辊的速度为2米／秒；3.启动主传动电机，开始轧制过程；4.待一次轧制过后，重复轧制30次；5.进行重结晶退火热处理，重结晶温度为250摄氏度，时间20分钟。组织分析：微米晶的平均晶粒大小为1.3微米，纳米晶的平均粒径为54纳米。实施例31.采用电解氧化铝的方法制备纯铝：极距参数选为5毫米，氧化铝浓度为4%，电解质的温度设定为970摄氏度，进行电解，当铝层的厚度达到50微米时，得到铝层1；然后调控氧化铝的浓度至2%，继续电解，得到铝层2，厚度49微米；然后再将氧化铝的浓度调至4%，继续电解……如此反复8次，得到最终的铝板；2.启动多功能轧机系统，设定上下轧辊的速比，速比为1.2；设定每次轧制形变量为1.5%；设定低速辊的速度为2米／秒；3.启动主传动电机，开始轧制过程；4.待一次轧制过后，重复轧制25次；5.进行重结晶退火热处理，重结晶温度为180摄氏度，时间20分钟。组织分析：微米晶的平均晶粒大小为3.9微米，纳米晶的平均粒径为136纳米。采用室温拉伸试验，本专利技术实施例的产品性能与常规制造的材料性能对比如下表：对比例为常规制造的金属典型性能，为微米晶结构。可以看到，本专利技术材料的强度是微米晶的2倍以上，同时塑性还有所提高；而相对于纳米晶而言，本专利技术的材料的塑性大大优于纯纳米晶材料。以上所述仅是本专利技术实施方式的一些例子，应当指出：对于本
的技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种兼具高强度与高塑性的纯金属材料，其特征在于：其显微组织中的晶粒由两种不同粒度范围的晶粒组成，一种为常规的微米晶，一种为纳米晶；纳米晶的粒度范围是10‑200纳米，微米晶的粒度范围是0.5微米－5微米，微米晶呈条带状分布在纳米晶中。

【技术特征摘要】
1.一种兼具高强度与高塑性的纯铜或纯铝，其特征在于：其显微组织中的晶粒由两种不同粒度范围的晶粒组成，一种为常规的微米晶，一种为纳米晶；纳米晶的粒度范围是10-200纳米，微米晶的粒度范围是0.5微米－5微米，微米晶呈条带状分布在纳米晶中；其制备方法包括以下步骤：1）采用脉冲电解的方式，制备多层金属板材；2）启动多功能轧机系统，设定上下轧辊的速比,速比为1.1－1.5；设定每次轧制形变量为1-3%；设定低速辊的速度为0.5-2米／秒；3）启动主传动电机，开始轧制过程；4）待一次轧制过后，重复2）3）过程25次以上；5）进行重结晶退火热处...

【专利技术属性】
技术研发人员：何枇林，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：佛山市领卓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44