[發明專利]一種密排六方系多層金屬復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201711389027.4
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN108081701B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 賈楠;姜爽;劉貽亮;李燈聰;樊震;趙驤
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B32B15/01
• 分類號: B32B15/01;B32B37/06;B32B37/10;C21D9/00;C21D1/30
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉奇

本發明提供一種密排六方系多層金屬復合材料及其制備方法。本發明將密排六方金屬與再結晶溫度較高的金屬復合，通過預處理消除了密排六方金屬層中不利于其塑性變形的基面織構；在疊軋過程中，通過控制軋制溫度，避免疊軋過程中密排六方金屬層內均較強的有害織構({0001}基面織構，對塑性變形能力有破壞作用)；結合每道次疊軋后的去應力退火，消除了材料內的應力集中并抑制復合結構中剪切帶的產生，獲得了雙相組織均勻分布的高強度、高塑性密排六方系多層金屬復合材料。實驗結果表明，本發明提供的制備方法制備的密排六方系多層金屬復合材料抗拉強度為480～650MPa，屈服強度為380～540MPa，延伸率為12～15％。

技術領域

本發明涉及納米材料技術領域，特別涉及一種密排六方系多層金屬復合材料及其制備方法。

背景技術

由異種金屬以較細尺度(微米、亞微米)單元層厚度交替疊加組成的金屬層狀復合體，由于其高強度/硬度、優異的抗輻照損傷等特性，目前在微元器件、微機電系統、生物材料和核工業等高新技術領域已得到廣泛應用。這類材料在加工制備和隨后的服役過程中常需承受大應變變形及循環載荷的作用，這對其抵抗塑性形變損傷的能力提出了很高要求，因此對層狀金屬復合材料的研究和開發成為材料領域關注的熱點。對于包含低對稱性密排六方結構(hcp)金屬的層狀復合材料，由于其大量的層/層異質界面能夠有效地吸收由核輻照引起的空位、間隙原子等缺陷，且hcp金屬自身具有密度低、比強度和比剛度高、導電導熱性好和抗腐蝕等特點，近年來由鈦、鋯、鎂與其它金屬復合而成的六方系多層材料開始受到人們的矚目。但是與晶體結構對稱性高的面心立方(fcc)和體心立方(bcc)金屬相比，hcp金屬的室溫塑性變形能力差，這在很大程度上制約了相關復合材料的開發和使用。

目前制備層狀金屬復合材料的方法主要有磁控濺射、噴射沉積、爆炸焊和累積疊軋等。累積疊軋是通過連續軋制過程中的大壓下量塑性變形實現不同板層的緊密焊合，該方法工藝簡單、無空隙和界面污染，并可通過有效細化晶粒提高材料的機械強度，是當前工業化生產層狀金屬復合板最具優勢的方法。然而，對經歷了軋制變形的hcp金屬，由于其內部形成較強的{0001}基面織構，導致可開動的滑移系數量有限，這大大降低了由累積疊軋技術獲得的金屬板材繼續均勻變形的能力。另一方面，就疊軋工藝而言，實現力學屬性(主要指屈服強度和加工硬化能力)差異較大的兩種金屬的復合存在一定困難，當前累積疊軋技術僅被應用于同種金屬的復合(如鎂合金-鎂合金)以及部分異種金屬(如Al-Mn、Al-Mg、Al-Fe)之間的復合。

目前，國內外學者在金屬層狀復合材料微觀形變及其塑性變形能力方面已開展了廣泛研究，但對包含有hcp金屬的層狀復合體的研究相對有限。對由300℃疊軋獲得的AZ31鎂合金板的研究表明，在此溫度下經3道次軋制復合的板材內發生了顯著的動態再結晶以及動態再結晶引起的晶粒細化，復合板的均勻延伸率從疊軋前的14.2％提高至32.1％，然而其強度沒有得到提升反而下降(詹美燕，李元元，陳維平，中國有色金屬學報，Vol.17,pp.841-851,2007)。對由400℃疊軋3道次獲得的Al-Mg層狀復合板的研究則表明，疊軋變形過程中的織構演變和動態再結晶能夠提高材料的強度，但由于板材內形成了較強的基面織構，塑性延伸率隨著疊軋道次的增加從軋制前的8％急劇下降至2.2％(K.Wu,H.Chang,E.Maawad,W.M.Gan,H.G.Brokmeier,M.Y.Zheng,Materials Science&EngineeringA,Vol.527,pp.3073-3078,2010)，一致的現象在對ME20鎂合金復合板的研究中亦有報導(X.Li,T.Al-Samman,G.Gottstein,Materials Letter,vol.65,pp.1907-1910,2011)。

然而，除鎂和鎂合金之外，對于再結晶溫度較高的其它hcp金屬(如鈦、鋯)而言，難以在不降低材料強度的前提下通過使疊軋板材來維持其塑性。

發明內容