[發明專利]一種納米晶/超細晶雙相雙峰塊體材料及制備方法

有效

• 申請號: 201710230785.5
• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN106929764B
• 公開（公告）日: 2018-07-03
• 發明（設計）人: 劉峰;林為彤;黃林科
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C22C38/08
• 分類號: C22C38/08;C22C38/14;B22F3/16;C21D6/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種納米晶/超細晶雙相雙峰塊體材料及制備方法，選取合金化元素使得材料發生相變時，體系仍處于納米尺度；選定元素后，利用高能球磨法制備納米晶粉末，并通過高壓燒結制備得到單相納米晶材料；依據選定的兩相分數和晶粒尺寸，依據相圖計算確定熱處理工藝；依據得到的熱處理工藝，對單相納米晶材料在高于同素異構轉變溫度以上，低于同素異構轉變結束溫度以下進行短時退火，使部分晶粒發生相變，并利用納米尺度晶界對相界遷移的抑制作用，使得新相處于超細晶尺度并保留至室溫，從而得組織可控的納米晶/超細晶雙相雙峰鐵基塊體材料。

技術領域

本發明屬于納米晶鐵基塊體材料及其制備方法，涉及一種納米晶/超細晶雙相雙峰塊體材料及制備方法。

背景技術

金屬材料的強度和塑性往往不可兼得：高強度對應低塑性，反之亦然；該倒置關系，極大限制了金屬材料的發展。金屬納米晶材料具有數倍于傳統金屬粗晶材料的強度，但納米晶粒的位錯存儲和增殖能力較差，導致金屬納米晶材料塑性變形不均勻，加工硬化能力差，塑性大大降低[Meyers,M.A.,Mishra,A.&Benson,D.J.Mechanical properties ofnanocrystalline materials.Prog.Mater.Sci.51,427-556(2006).]。因此,提高金屬納米晶材料的塑性，獲得高強高塑的綜合力學性能，具有重大的科學及工程意義。

雙峰組織通過向納米晶基體中引入超細晶/粗晶來抑制納米晶基體的塑性失穩，兼有納米晶材料的高強度和粗晶材料的高塑性，近年來在材料力學性能優化調控中發揮重要作用。2002年，Y.M.Wang等[Y.M.Wang,et al.High tensile ductility in ananostructured metal.Nature 419,912-915(2002).]首先制備得到超細晶+粗晶雙峰Cu。其制備工藝為，首先在液氮溫度下對粗晶Cu進行低溫軋制生成超細晶Cu，隨后采用短時退火使得部分晶粒再結晶獲得雙峰Cu，最終獲得超過60％的拉伸塑性和6倍于粗晶Cu的拉伸強度。2003年，D.Witkin等[D,Witkin,et al.Al-Mg alloy engineered with bimodalgrain size for high strength and increased ductility.Scripta Mater.49,297-302(2003).]將低溫球磨獲得的Al-Mg納米晶顆粒和未經球磨的粗晶顆粒混合，通過熱等靜壓擠出塊體Al-Mg雙峰材料，獲得了847MPa的高斷裂強度。南京理工大學公開的“晶粒尺寸可控雙峰分布的塊體超細/納米晶合金制備方法”(公開號：101348869B，公開日期：2010-06-02)針對共析或共晶體系合金，由相圖結合杠桿定律計算選取合金成分，固溶加熱后冷卻，控制先共析相或先共晶相的尺寸，再由塑性變形細化合金組織得到完全的超細晶/納米晶合金，最后在高于先共析相或先共晶相再結晶溫度條件下對得到的合金短時退火，得到具有晶粒尺寸雙峰分布組織的塊體超細/納米晶合金。太原理工大學公開的“一種亞微米尺度雙峰超細晶鎳材料的電化學沉積制備方法”(公開號:CN105951132A，公開日:2016.09.21)利用直流電沉積技術具有亞微米尺度晶粒雙峰分布的超細晶鎳及其制備方法；所要解決的技術問題是提供一種強度與塑性匹配性好、制備工藝簡單的亞微米尺度雙峰超細晶鎳材料。唐山學院公開的“具有雙峰尺度鐵素體組織的高強鋼及其低成本制備方法”(公開號:CN106011422A，公開日:2016.10.12)采用普通低碳鋼為原料板，通過冷變形+兩相區淬火處理，獲得了細小的準多邊形鐵素體晶粒分布在粗大的多邊形鐵素體晶粒周圍的雙峰尺度組織。

值得注意的是，南京理工大學的工藝對參數較為敏感，性能不易重復；D.Witkin、太原理工大學的工藝涉及復雜的化學物理過程，成本較高；Y.M.Wang、唐山學院的工藝僅能制備單相材料，在工業應用中存在局限性。

發明內容

要解決的技術問題