[發明專利]一種金屬棒材表層納米化的模具及其使用方法

有效

• 申請號: 202010067171.1
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111235499B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 黃永憲;謝聿銘;孟祥晨;劉雁超;馬瀟天;萬龍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22F1/04
• 分類號: C22F1/04;C22F1/06;C22F1/08;B21C25/02
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 鄧宇

1.一種金屬棒材表層納米化的模具，其特征在于，該模具包括安裝體（1）和碾磨體，安裝體（1）為管狀結構，在安裝體（1）的內部由上到下鑲嵌多組碾磨體，每組碾磨體由三個碾磨球（2）組成，每組的三個碾磨球（2）球心連線構成等邊三角形，該等邊三角形的中心位于安裝體（1）的中心軸線上，且該等邊三角形所在平面與安裝體（1）的中心軸線垂直；相鄰組的碾磨體之間的距離相同，且安裝體（1）的內部由上到下的每組碾磨體的三個碾磨球（2）球心連線構成的等邊三角形的邊長依次等值減?。?/p>

碾磨體的組數為3~20，相鄰組碾磨體之間的距離L為10 mm ~25mm，且L不小于碾磨球（2）的直徑D₁；

將安裝體（1）內部鑲嵌的碾磨體由上到下依次命名為第1組、第2組、第3組……、第n組，每組碾磨球（2）的球心與安裝體（1）中心軸線的距離使用R_n表示，相鄰每組碾磨球（2）的球心與安裝體（1）中心軸線的距離減小量為ΔR，即ΔR=R_n-R_n+1，ΔR的取值范圍為10μm ~500μm。

2.根據權利要求1所述的一種金屬棒材表層納米化的模具，其特征在于，所述的碾磨球（2）直徑D₁的取值范圍為5 mm ~20mm，制成碾磨球（2）的材質為釔穩定二氧化鋯、氮化硅或聚晶立方氮化硼。

3.根據權利要求1所述的一種金屬棒材表層納米化的模具，其特征在于，每組碾磨球（2）的球心與安裝體（1）中心軸線的距離R_n、相鄰每組碾磨球（2）的球心與安裝體（1）中心軸線的距離減小量ΔR與待加工金屬棒材（3）直徑D滿足下述關系：

。

4.根據權利要求3所述的一種金屬棒材表層納米化的模具，其特征在于，所述的待加工金屬棒材（3）直徑D的取值范圍為5 mm ~100mm，待加工金屬棒材（3）的長度為大于等于50mm。

5.根據權利要求3或4所述的一種金屬棒材表層納米化的模具，其特征在于，所述的待加工金屬棒材（3）為鋁、鋁合金、鎂、鎂合金、銅或銅合金材質。

6.一種使用權利要求1-5任意一項所述的模具在金屬棒材表面制備表層納米晶梯度結構的方法，其特征在于，該方法的具體操作過程為：將待加工金屬棒材（3）以20rpm~3000rpm的旋轉速度進行旋轉，并以0.5mm/min~10mm/min的擠壓速度同軸心的由安裝體（1）的上端擠入置于浸泡在深冷介質中的模具中。

7.根據權利要求6所述的使用模具在金屬棒材表面制備表層納米晶梯度結構的方法，其特征在于，所述的深冷介質為液態介質。

8.根據權利要求7所述的使用模具在金屬棒材表面制備表層納米晶梯度結構的方法，其特征在于，所述的深冷介質溫度低于153K，具體為液氮或液氬。