【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料加工，具体涉及一种提高金属单质热稳定性的方法和金属材料。
技术介绍
1、添加合金元素是提高金属材料在各种服役环境下力学性能的重要途径，在新型合金研发中，随着合金化复杂程度和添加合金元素成分比重的不断提高，合金材料的资源依赖程度和回收利用难度也在不断提高。在不牺牲或者提高力学性能的前提下，在合金设计中减少合金元素的比重和种类，降低其可回收利用的难度与能耗，是目前金属材料领域发展的一个趋势，也在中外学界被普遍认同为一个亟需研究的重要科学问题。在普遍适用的传统金属强韧化理论中，固溶强化、弥散强化、相变强化和细晶强化中的前三种都必须由合金化引起。为了实现材料的素化而完全不添加合金元素，则固溶体、析出相和强化相对于材料强韧化的贡献就会被消除，晶界对位错滑移的阻挡就成为唯一可以提高材料力学强度的手段。
2、然而，在常见的变形合金中，由形变导致细化的晶粒由于储存大量应变能和其非平衡态的晶界结构，所以热稳定性较差，在室温下就可发生由晶界弛豫导致的晶粒粗化。同时，当晶粒细化到一定程度时，可能造成晶界迁移率升高，也会使得晶界稳定性降低。
3、因此，对于纯金属材料，在没有合金元素偏析和钉扎的情况下，如何保证晶界稳定性是当下需要解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种提高金属单质热稳定性的方法，该方法能够提高纯金属材料的热稳定性。
2、本专利技术还提供一种金属材料。
3
4、将金属单质粉末在惰性气体氛围下烧结，得到含有气泡的烧结材料，所述气泡内含有烧结氛围的惰性气体。
5、所述烧结材料进行塑性变形，使所述气泡被细化至直径不超过100nm。
6、根据本专利技术第一方面实施方式的提高金属单质热稳定性的方法，至少具有如下有益效果：
7、将金属单质粉末在惰性气氛下烧结，以在烧结材料中引入含惰性气体的气泡，在经过塑性变形后，实现晶粒和气泡的同时细化，得到含有近亚微米级或纳米级气泡的纳米晶材料。最终引入的细微气泡作为不改变材料成分、不增加可回收难度的第二相存在，由于气泡取代常规的合金元素成为诱导强化相，降低了常规合金化路线带来的成本压力，克服了常规合金难以回收利用的问题。同时，气泡分布于晶界起到限制晶粒异常长大的作用，提高材料的结构稳定性。
8、本方法工艺步骤简单，生产成本低，所得材料的热稳定性和可回收利用性好。
9、根据本专利技术的一些实施方式，其中，金属单质选自ni、al、zn、cu、fe、ti、cr中的任意一种。
10、本专利技术对金属单质的类型没有特别限定，纯金属的晶相结构或特性存在一定共性，因此以细微气泡作为第二相对不同金属来说在改性效果上具有普适性。
11、根据本专利技术的一些实施方式，所述烧结采用热压工艺或等离子体放电工艺。
12、本专利技术对烧结的温度、升温方式(梯度升温或一段式升温)、升温速率、压力和时间等工艺参数没有特别限定，可以根据不同金属材料的粉末冶金工艺合理选择，并且容易通过烧结工艺参数调整，调控最终形成的气泡的大小或分布等。
13、根据本专利技术的一些实施方式，其中，所述烧结的温度为金属的熔点的0.65-0.8倍。烧结的温度具体可以是相应金属熔点的0.65倍、0.7倍、0.75倍、0.8倍或它们之间的任意数值。
14、根据本专利技术的一些实施方式，所述烧结为梯度升温。梯度升温是粉末冶金常用升温方式，利于改善微观组织均匀性，减少内应力，提升材料性能。
15、根据本专利技术的一些实施方式，所述烧结的升温速率为10-200℃/min，具体可以是10℃/min、20℃/min、50℃/min、100℃/min、150℃/min、200℃/min或它们之间的任意数值。
16、根据本专利技术的一些实施方式，所述烧结的压力为0.5-2t，即烧结的压力为50-200mpa。具体而言，烧结的压力可以选择0.5t、0.6t、0.7t、0.8t、0.9t、1t、1.1t、1.2t、1.3t、1.4t、1.5t、1.6t、1.7t、1.8t、1.9t、2t或它们之间的任意数值。
17、根据本专利技术的一些实施方式，所述烧结的时间为10-120min，具体可以选择10min、20min、30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、110min、120min或它们之间的任意时间。
18、上述示例的烧结工艺参数具有更好的普适性，即对于不同金属，可以在上述范围内进行参数调节以实现改性效果。但本专利技术并不局限于上述例举的烧结工艺参数范围，也就是说，对具体金属而言，为实现类似性能，可选的烧结工艺参数范围可能与上述例举的参数范围不完全相同。
19、根据本专利技术的一些实施方式，所述烧结形成的气泡为微米级。本专利技术对烧结所形成的气泡的尺寸没有特别要求，控制气泡的尺寸为微米级，使气泡在被细化前后存在一定的尺寸差异，更利于通过塑性变形实现气泡和晶粒的同时细化。
20、根据本专利技术的一些实施方式，所述烧结材料的相对密度≥97％，对应地，可以计算出气泡含量≤3％。
21、根据本专利技术的一些实施方式，所述塑性变形的等效应变量为>600％，具体应变量由烧结材料的微结构和气泡大小决定，可以是600％以上的任意数值。
22、经过塑性变形，对晶粒和烧结过程形成的初始气泡具有更好的细化效果，但变形量过大时，可能会因密实化作用过强而影响基体中的气泡含量。
23、根据本专利技术的一些实施方式，所述塑性变形的工艺选自高压扭转、往复挤压或轧制工艺。具体可以通过调节包括变形压力、变形次数、变形温度或累积变形量等工艺参数获得目标变形量。
24、其中，高压扭转是一种常用的大塑性变形工艺，具体是在轴向压缩的同时在横截面上施加一扭矩，变摩擦阻力为摩擦动力，从而同时实现扭转变形和压缩变形。所施加的轴向压力通常高达数gpa。
25、根据本专利技术的一些实施方式，所述塑性变形后形成的晶粒尺寸不超过1μm，例如，可以控制所形成的晶粒尺寸在500nm以下。细晶区具有更高晶界密度，能产生更好的强化效果。
26、根据本专利技术的一些实施方式，其中，所述气泡被细化至直径不超过50nm。控制气泡直径在更小的范围，例如，气泡尺寸小于晶区尺寸，更利于提高晶界稳定性。可以理解，根据不同金属材料的晶区尺寸差异，实现更优性能对应的气泡大小的阈值可能不同。
27、在明确气泡尺寸的情况下，本领域技术人员容易根据不同金属材料的烧结和变形工艺选择合适的加工参数，以在金属材料中形成目标尺寸的气泡。
28、根据本专利技术的一些实施方式，还包括对所述塑性变形后的材料进行退火。
29、根据本专利技术的一些实施方式，所述退火的温度不低于金属的再结本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种提高金属单质热稳定性的方法，其特征在于：包括步骤：
2.根据权利要求1所述的提高金属单质热稳定性的方法，其特征在于：其中，金属单质选自Ni、Al、Zn、Cu、Fe、Ti、Cr中的任意一种；和/或，金属单质粉末的平均粒径为40-200μm。
3.根据权利要求1所述的提高金属单质热稳定性的方法，其特征在于：所述烧结采用热压工艺或等离子体放电工艺。
4.根据权利要求1或3所述的提高金属单质热稳定性的方法，其特征在于：所述烧结的温度为相应金属的熔点的0.65-0.8倍；和/或，所述烧结为梯度升温；和/或，所述烧结的升温速率为10-200℃/min；和/或，所述烧结的压力为0.5-2T；和/或，所述烧结的时间为10-120min。
5.根据权利要求1所述的提高金属单质热稳定性的方法，其特征在于：所述塑性变形的等效应变量为>600％；和/或，所述塑性变形后形成的晶粒尺寸不超过1μm。
6.根据权利要求1所述的提高金属单质热稳定性的方法，其特征在于：还包括对所述塑性变形后的材料进行退火。
7.根据权利要求6所
8.根据权利要求1所述的提高金属单质热稳定性的方法，其特征在于：所述烧结形成的气泡为微米级；和/或，所述气泡被细化至直径不超过50nm。
9.根据权利要求1所述的提高金属单质热稳定性的方法，其特征在于：所述惰性气体选自氩气或氦气。
10.一种金属材料，其特征在于，所述金属材料采用包括如权利要求1-9任一项所述的方法制得。
...【技术特征摘要】
1.一种提高金属单质热稳定性的方法，其特征在于：包括步骤：
2.根据权利要求1所述的提高金属单质热稳定性的方法，其特征在于：其中，金属单质选自ni、al、zn、cu、fe、ti、cr中的任意一种；和/或，金属单质粉末的平均粒径为40-200μm。
3.根据权利要求1所述的提高金属单质热稳定性的方法，其特征在于：所述烧结采用热压工艺或等离子体放电工艺。
4.根据权利要求1或3所述的提高金属单质热稳定性的方法，其特征在于：所述烧结的温度为相应金属的熔点的0.65-0.8倍；和/或，所述烧结为梯度升温；和/或，所述烧结的升温速率为10-200℃/min；和/或，所述烧结的压力为0.5-2t；和/或，所述烧结的时间为10-120min。
5.根据权利要求1所述的提高金属单...
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