CN1190505C - 制备纳米晶金属材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种制备纳米晶金属材料的方法。它选择普通工业金属材料，按如下步骤操作：1)热轧；2)高温退火，温度在γ区，即940～950℃范围内，时间为0.5～2小时；3)深度冷轧，冷轧变形度为90%以上，获得纳米晶金属材料。本发明具有材料的选择范围广，方法简单，便于操作，能做大的尺寸样品，适宜产业化要求等特点。

Description

制备纳米晶金属材料的方法
技术领域
本发明涉及纳米晶及金属材料的冷轧技术，具体地说是一种制备纳米晶金属材料的方法。
背景技术
在现有高新技术中，纳米晶材料的制备在国内、外盛行，其方法主要是惰性气体蒸发，原位加压制备，不足之处在于：由于粉末工艺不易掌握，空洞的大小及分布很难一致，性能不稳定，有人认为纳米晶材料的弹性模量比大块试样减少50％以上，另有人认为纳米晶材料的弹性模量减少不超过8％，还有人认为不减少。另外，纳米晶材料要变成结构材料，需做成大的样品，目前的方法难以做到，因此其力学性能大多数只能测量维氏硬度，很难做拉伸性能实验，使结构材料方面的应用受到限制。近年来，俄罗斯R.Z.Valiev倡导(R.Z.Valiev，et al.Prog.Mater Sci.，45(2000)103-189))用深度冷加工方法制备纳米晶金属材料，在只做了锻造试验后发现：其组织结构很不均匀，认为所有传统的加工工艺都不适宜制备纳米晶材料。但实际上，深度冷轧方法制备纳米晶金属材料目前尚未见报道。
发明内容
为了克服上述不足，本发明的目的是提供一种材料的选择范围广、方法简单、适宜产业化要求的制备纳米晶金属材料的方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是选择普通工业金属材料，按如下步骤操作：1)热轧；2)高温退火，温度在γ区，即940～950℃范围内，时间为0.5～2小时；3)深度冷轧，冷轧变形度为90％以上，获得纳米晶金属材料；所述普通工业金属材料为工业纯铁。
本发明具有如下优点：
1.材料的选择范围广。由于任何金属均可压延加工，与现有技术特殊的材料才能制备纳米晶材料的方法相比，本发明不限于金属材料的选择，这不仅大大拓宽了应用领域，又打破了R.Z.Valiev的用传统工艺不能做成纳米材料的看法。
2.方法简单，便于操作。由于从40、50年代开始生产钢的冷加工很多，工艺成熟，本发明适用常规压延方法，它不涉及其他工艺带来的一些问题，如粉末工艺的稳定性，压结致密度等，所以十分方便。
3.能做大的尺寸样品，适宜产业化要求。采用本发明用常规热处理、冷轧生产出的样品尺寸可满足用户所需(仅与使用的轧钢机有关)。与现有技术相比，本发明产品力学性能更优，样品大小并可做普通拉伸性能实验。
4.本发明采用传统工艺，所以成本低。
具体实施方式
实施例1
按如下步骤操作：
1.热轧：选择普通工业金属材料如普通工业工艺纯铁，将所述纯铁轧到4毫米厚；
2.热处理：高温退火，高温至γ区，即940℃，保持1小时；
3.冷轧：将4毫米厚纯铁材料冷轧到0.8毫米，其冷轧变形按长度计算为98％，即获得纳米晶纯铁材料。
本发明实施例已可做出[(0.8～1.0)×74mm×任意长]的纳米晶纯铁，通过X射线和透射电镜分析，本发明晶粒已达到纳米尺度范围，晶粒度测试结果见表1。
表1为实施例1晶粒度测试结果
  晶粒度*     测试方法   测试单位
  77～92nm     X射线   中国科学院固体研究所
  22.5～49.6nm     X射线   中国科学院金属研究所
  ～50nm     透射电镜   东北大学
其中：*扣除了样品中残余应力效应。
本发明方法具有3个特点：
(1)采用普通材料(铁：它是钢的基本元素；还有铁磁性)；(2)普通加工工艺(轧)，本发明晶粒尺寸已经和R.Z.Valiev的特殊加工，即深度塑性变形(Sever Plastic Deformation，缩写：SPD)办法所得尺寸相当，即100～200nm，采用SPD方法使用的样品一般为Φ20×(70～100)mm3；(3)可以做大样品。本发明的样品就能做拉伸试验。只要冷加工设备的能力足够大，再大很多的纳米材料均可能做成。与国际上表面纳米化处理材料的应用面受限制相比，采用本发明不受处理材料限制。

Claims (1)

1.一种制备纳米晶金属材料的方法，选择普通工业金属材料，其特征在于：按如下步骤操作：1)热轧；2)高温退火，温度在γ区，即940～950℃范围内，时间为0.5～2小时；3)深度冷轧，冷轧变形度为90％以上，获得纳米晶金属材料；所述普通工业金属材料为工业纯铁。
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