梯度纳米结构金属材料及其制备方法技术

本申请涉及精密加工技术领域，提供了一种梯度纳米结构金属材料的制备方法，包括如下步骤：提供n块原始金属材料，采用等径角挤压工艺将所述原始金属材料分别进行不同道次的挤压处理，得到n块具有不同晶粒尺寸的金属材料；将n块所述金属材料采用线切割工艺分别进行切割处理，并进行除杂处理，得到n块具有不同晶粒尺寸的金属材料薄板；提供原始金属材料薄板、粗晶金属材料薄板，与n块所述金属材料薄板按照晶粒尺寸的大小依次层叠设置，采用累积叠轧焊工艺依次进行叠轧处理，制备得到梯度纳米结构金属材料。该制备方法简单方便，灵活性大，使得到的梯度纳米结构金属材料能够同时保证具有较高的材料强度以及材料韧性。

【技术实现步骤摘要】
梯度纳米结构金属材料及其制备方法
本申请属于精密加工
，尤其涉及一种梯度纳米结构金属材料及其制备方法。
技术介绍
金属材料的性能决定着材料的适用范围及应用的合理性。金属材料的性能主要分为四个方面，即：机械性能、化学性能、物理性能、工艺性能。基于金属材料具有较优异的四个方面的性能，其应用领域越来越广泛。然而，大量研究表明，当金属材料内部晶粒尺寸减小、材料强度得到增强时，材料韧性将大大降低，这是金属材料研究领域长期存在的难题，而这一问题的存在，也限制了金属材料的应用广泛性。通常提高材料韧性的策略之一是改变内部组织微结构，在材料内部引入一种或多种梯度分布的微结构，避免由于特征尺寸如晶粒尺寸变异导致的性能突变，有效解决强度和韧性的“倒置关系”难题，这种材料被称为梯度纳米结构材料。人工制备的梯度纳米结构金属主要在已经发展成熟的金属材料内部引入梯度纳米结构，从而提高其强韧性能力。现有技术中，一般都是通过表面研磨处理(SMAT)在孪晶诱发塑性(TWIP)钢表面引入大量的塑性变形，使其表面晶粒细化，随着深度的增加，晶粒细化的程度逐渐降低，同时塑性变形也会导致位错演化和孪晶的产生。由于这类工艺是通过对金属材料的表面进行大量的塑性变形，制备的梯度纳米结构材料只局限在距离钢表面约0.1mm的厚度，得到的金属材料为形成部分梯度纳米结构的材料，无法获得具有块状梯度纳米结构金属材料，因此也限制了金属材料的广泛应用。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种梯度纳米结构材料及其制备方法，旨在解决现有技术中的加工方法仅能使金属材料的表面形成部分梯度纳米结构，导致无法同时提高金属材料的韧性和强度的问题。为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：第一方面，本申请提供一种梯度纳米结构金属材料的制备方法，包括如下步骤：提供n块原始金属材料，采用等径角挤压工艺将所述原始金属材料分别进行不同道次的挤压处理，得到n块具有不同晶粒尺寸的金属材料，其中，n不少于3；将n块所述金属材料采用线切割工艺分别进行切割处理，并进行除杂处理，得到n块具有不同晶粒尺寸的金属材料薄板；提供原始金属材料薄板、粗晶金属材料薄板，与n块所述金属材料薄板按照晶粒尺寸的大小依次层叠设置，采用累积叠轧焊工艺依次进行叠轧处理，制备得到梯度纳米结构金属材料。第二方面，本申请提供一种梯度纳米结构金属材料，所述梯度纳米结构金属材料为块状梯度纳米结构金属材料，所述梯度纳米结构金属材料从表面至芯部为依次层叠设置的不同晶粒尺寸的金属材料薄板，所述晶粒尺寸从表面至芯部依次为从小到大的不同晶粒尺寸。本申请第一方面提供的梯度纳米结构金属材料的制备方法，该制备方法先采用等径角挤压工艺将原始金属材料进行反复挤压若干道次后获得具有不同晶粒尺寸的金属材料，通过控制进行不同道次的挤压处理，可以控制得到的晶粒尺寸的大小，可根据需要进行调整；再经过线切割处理，得到大小一致的不同晶粒尺寸的金属材料薄片，再利用累积叠轧焊的方法依次将两块大小一致的金属材料薄片进行轧制，循环反复几次后就可以把薄片叠轧焊和，得到具有梯度纳米结构的金属材料，与现有技术中距离表面一小段距离具有梯度纳米结构的金属材料相比，该制备方法是基于等径角挤压和累积叠轧焊工艺，采用两种方法协同作用得到的金属材料整体均具有梯度纳米结构，可根据实际需要，控制得到的金属材料具有不同的梯度纳米结构，同时也可对晶粒尺寸的大小进行控制，因此，该制备方法简便易操作，灵活性大，可根据实际需求，进一步对金属材料的梯度纳米结构以及晶粒尺寸大小进行控制，使得到的梯度纳米结构金属材料能够同时保证具有较高的材料强度以及材料韧性，以实现使用需求，扩大了使用范围。本申请第二方面提供的一种梯度纳米结构金属材料，所述梯度纳米结构金属材料为块状梯度纳米结构金属材料，所述梯度纳米结构金属材料从表面至芯部为依次层叠设置的不同晶粒尺寸的金属材料薄板，所述晶粒尺寸从表面至芯部依次为从小到大的不同晶粒尺寸；由于梯度纳米结构金属材料整体具有梯度纳米结构，使得到的梯度纳米结构金属材料能够同时保证具有较高的材料强度以及材料韧性，同时该梯度纳米结构金属材料的梯度纳米结构以及晶粒尺寸均可调节，得到的产品适用性广，可根据实际的需求进行设置，实现了广泛应用。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本申请实施例提供的梯度纳米结构金属材料的制备方法的流程图。图2是本申请实施例提供的等径角挤压工艺的装置图。图3是本申请实施例提供的等径角挤压工艺的操作图。图4是本申请实施例提供的线切割工艺的操作图。图5是本申请实施例1提供的经过4个道次等径角挤压工艺处理后的纯铜金属材料的晶粒微结构图。图6是本申请实施例1提供的经过6个道次等径角挤压工艺处理后的纯铜金属材料的晶粒微结构图。图7是本申请实施例1提供的经过8个道次等径角挤压工艺处理后的纯铜金属材料的晶粒微结构图。图8是本申请实施例1提供的纯铜梯度纳米结构金属材料的结构图。图9是本申请实施例2提供的经过4个道次等径角挤压工艺处理后的6061铝合金金属材料的晶粒微结构图。图10是本申请实施例2提供的经过6个道次等径角挤压工艺处理后的6061铝合金金属材料的晶粒微结构图。图11是本申请实施例2提供的经过8个道次等径角挤压工艺处理后的6061铝合金金属材料的晶粒微结构图。图12是本申请实施例2提供的6061铝合金梯度纳米结构金属材料的结构图。具体实施方式为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。在本申请实施例中使用的术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种梯度纳米结构金属材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n提供n块原始金属材料，采用等径角挤压工艺将所述原始金属材料分别进行不同道次的挤压处理，得到n块具有不同晶粒尺寸的金属材料，其中，n不少于3；/n将n块所述金属材料采用线切割工艺分别进行切割处理，并进行除杂处理，得到n块具有不同晶粒尺寸的金属材料薄板；/n提供原始金属材料薄板、粗晶金属材料薄板，与n块所述金属材料薄板按照晶粒尺寸的大小依次层叠设置，采用累积叠轧焊工艺依次进行叠轧处理，制备得到梯度纳米结构金属材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种梯度纳米结构金属材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供n块原始金属材料，采用等径角挤压工艺将所述原始金属材料分别进行不同道次的挤压处理，得到n块具有不同晶粒尺寸的金属材料，其中，n不少于3；
将n块所述金属材料采用线切割工艺分别进行切割处理，并进行除杂处理，得到n块具有不同晶粒尺寸的金属材料薄板；
提供原始金属材料薄板、粗晶金属材料薄板，与n块所述金属材料薄板按照晶粒尺寸的大小依次层叠设置，采用累积叠轧焊工艺依次进行叠轧处理，制备得到梯度纳米结构金属材料。


2.根据权利要求1所述的梯度纳米结构金属材料的制备方法，其特征在于，所述等径角挤压工艺的模具为由两个具有相同形状且横截面积相等的通道按照一定的角度相互交截组成的，两通道相交的内模具拐角为Φ，通道相交的模具圆心角为Ψ，所述通道相交的内模具拐角为Φ，90°≤Φ≤120°；所述通道相交的模具圆心角等于Ψ，且60°≤Ψ≤90°。


3.根据权利要求1所述的梯度纳米结构金属材料的制备方法，其特征在于，采用等径角挤压工艺将所述原始金属材料分别进行不同道次的挤压处理的步骤中，分别进行1～8任意道次的挤压处理。


4.根据权利要求1～3任一所述的梯度纳米结构金属材料的制备方法，其特征在于，将n块所述金属材料采用线切割工艺分别进行切割处理的步骤中，包括：将n块所述金属材料分别垂直固定在设备上，利用线切割工艺将所述金属材料进行切割处理。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆建勋，程涛，伍博，伍晓宇，李岱，阮双琛，
申请(专利权)人：深圳技术大学，
类型：发明
国别省市：广东;44