對納米結構金屬材料的塑性變形制備技術的幾點探討

韓方恒

(江蘇安全技術職業學院，江蘇 徐州 221000)

對納米結構金屬材料的塑性變形制備技術的幾點探討

韓方恒

(江蘇安全技術職業學院，江蘇 徐州 221000)

納米構造金屬原料的塑性變形技術，包含大應變量變形技術、高應變速率變形技術、高應變梯度變形技術，本文闡述變形模式以及變形數據對晶體細化的作用情況，并總結使用塑性變形技術制備納米構造金屬原料的發展態勢等。

納米金屬；塑性變形；制備科技；討論

納米材料誕生之后，材料領域的專業人士就嘗試利用納米塑性變形的特征來制備納米構造金屬原料。與它類制備納米原料的模式對比，塑性變形模式有著材料應用種類多、樣本尺寸大、不會進入孔隙或保證生態環境等先天優勢。從1990年開始，塑性變形制備技術與制備的納米技術材質開始普及推廣。當前，塑性變形業已讓制備納米金屬原料成為可能，并開發了多類制備超細晶與納米構造原料的變形技術。這類技術有著差異明顯的特點，當中等通道擠壓、高壓扭動、累積疊軋等技術在變形處置前與處置后，樣本的幾何尺寸仍然保持原狀，并且可以滿足大應變量的形變；表層機器研磨、表層機器軋制能夠在塊體原料表層完成強應變梯度的塑性變形。筆者將在下文中詳細闡述。

1　大應變量變形制備技術

1.1冷軋

冷軋已經在工業領域普及使用，在納米材料研發行業，冷軋已經成為一類植被超細晶以及納米構造材料的模式。其原理是讓平板樣本經過有著既定距離并相對運轉的軋輥，并致使樣本在厚度方位形成一部分壓下量而產生塑性變形。伴隨樣本軋輥次數的增多，塑性變形量也在持續攀升，讓樣本中原來的粗大晶粒尺寸細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，然而當純Cu冷凝到液氮氣溫，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90年代末桑托等人在以往冷軋技術上研發的、植被超細晶金屬原料的科技，其基礎的工作原理見圖1。

通過圖1能夠看到，使用2個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個平板重疊并穩固在一處，在室溫或對加熱平板實施軋制的過程中，讓2個平板軋制在一個平板上，在每回軋制階段，管控厚度壓下量達到50%，軋制后平板厚度與軋制前平板厚度相同，長是軋制前的2被。在進入累積疊軋工序前，將軋制后的平板切割為何軋制前幾何尺寸一樣的2個平板，將2個平板循環往復地進行處置，達成平板大應變量的累積疊軋。與以往的冷軋模式對比，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造與冷軋取得的構造趨近，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　累積疊軋運轉圖

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，雖然在1980年并未引發理論界的關注，然而到1990年之后，瓦利維等專家發明了使用等通道擠壓技術讓材料產生剪切屬性變形的模式，讓顆粒更為細化，這類技術立刻成為理論界與實務界爭相探討的焦點，并快速發展為制備超細晶與納米構造金屬材料的模式。等通道擠壓科技制備超細晶與納米構造金屬材料的原理見2圖。

2　高應變梯度變形制備技術

高應變梯度變形制備技術中，較為典型的就是表面機器研磨技術。

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

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，進而致使表面的粗糙經歷細化到納米級別。因為振動次數、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。彈丸以任意方位沖撞材料表層，讓材料表層的滑移系或孿晶性被帶動，有助于原始粗糙晶粒達到納米級別。

3　結束語

綜上，塑性變形制備技術產出的納米構造金屬有著超強的功能以及進步潛力，因此大塑性變形被認定是制備塊體納米構造材料的最佳渠道。然而在工業領域普及使用大塑性變形技術，還有不少漏洞需要彌補。找到最佳的制備技術，是未來一段時間內的主要課題。

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圖2　等通道擠壓工作圖

圖3　表面層機器研磨工作圖

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1671-0711（2016）09（下）-0100-02