[發明專利]一種多尺度結構合金材料、制備方法及其用途

有效

• 申請號: 202010212517.2
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111411248B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 康利梅;龐興
• 申請（專利權）人: 廣州鐵路職業技術學院(廣州鐵路機械學校)
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C33/02;C22C14/00;B22F3/14;B22F3/24
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 陳曉華

本發明涉及一種多尺度結構合金材料、制備方法及其用途，制備方法包括以下步驟：1)粉末致密化燒結：將合金粉末裝入燒結模具，經預壓后進行燒結，燒結壓力為20～100MPa，燒結溫度Ts滿足：合金粉末相變峰的開始溫度≤Ts≤合金粉末相變峰的結束溫度；2)加高壓處理：燒結結束后，加壓冷卻，冷卻壓力為10～500MPa；卸壓冷卻：待加壓冷卻溫度降至550～600℃，迅速泄壓，冷卻得到合金材料。基于本發明的方法，開發了一種簡便易操作的材料成形制備方法，將合金材料的制備及后續處理技術合二為一，實現雙尺度/多尺度納米/超細晶結構合金材料的一體化成形，通過原位調控合金內部的微觀組織結構形態、晶粒尺度等，制備出高強韌的合金材料。

技術領域

本發明屬于合金材料制備技術領域，特別涉及一種多尺度結構合金材料、制備方法及其用途。

背景技術

隨著國家科學技術的發展與進步，制備出更高強韌性的合金材料以滿足更苛刻條件下的應用，一直以來都是研究者們追求的目標。而合金材料的強韌化途徑經過幾十年的沉積與傳承，已逐漸向多樣化的加工處理技術發展。按照材料微觀結構決定宏觀性能的經典理論，科研工作者的最終目標均是通過精確控制合金材料的微觀結構(相組成、晶粒尺度、分布位置及具體形態)，來有效優化其綜合性能，尤其是機械性能，以達到合金材料強韌化的最終目的。

近年來，超細(100nm-1m)及納米晶(100nm)材料因其可觀的強化作用，逐漸成為了材料界的研究熱點。納米合金材料是其內部形成納米晶的金屬與合金。目前，常見的制備納米結構金屬以及合金的加工工藝主要包括大塑形變形法，通過位錯的積聚以及重排來細化晶粒。此外，還有電沉積等工藝，通過控制一個促進大量形核但抑制晶粒長大的沉積條件，可以制備納米晶。這些均是建立在Hall-Petch細晶強化理論之上，人們提出的合金材料的主要強化策略。Hall-Petch細晶強化理論指出，隨著晶粒尺度的降低，可以獲得前所未有的高強度。然而，各種研究表明，納米晶合金材料雖然可以得到5～10倍于初始粗晶材料的高強度，但會呈現出較低的塑性，這本質上歸因于超細晶粒內有限的位錯儲存和加工硬化能力。相比之下，高塑性的微米晶(1m)結構的合金材料似乎也受人們的青睞。

基于以上的種種矛盾性問題，近年來，科研者已經有了一系列設計策略的突破，這些工藝能夠在合金材料中制得納米晶并獲得高強度，同時亦保留了大部分微米晶結構使材料塑性得到大幅度提升。這正是科研工作者們提出的“雙尺度”、“多尺度”微觀結構制備策略，即制備出納米晶(100nm)、超細晶(100nm-1m)、微米晶(1-2m)等多種尺度晶粒中任意兩種或多種尺度晶粒共存的多尺度結構合金材料。這一舉措可將納米或超細晶材料的強化作用工程應用化，同時亦可改進傳統鑄態粗晶材料的綜合機械性能，使合金材料兼具較高的強度和塑性。

目前，制備雙尺度/多尺度結構合金材料的主要方法有，塊體合金的塑性變形+熱處理誘發的再結晶行為，不同粒徑合金粉末的固態燒結法及梯度燒結法，半固態加工技術，基于粉末冶金的半固態燒結技術等，均可制得粗晶相彌散分布于細晶基體的雙尺度組織。然而，上述這些方法存在后續處理工序復雜，原材料粉末制備繁瑣，半固態漿料制備比較困難，固液相體積分數比例不可控等問題，使這些方法技術難以在較多合金體系中推廣，更難制備出微觀組織可控的高致密高性能合金材料。因此，開發一種簡便易操作的多尺度結構合金材料合成方法以減少環境污染、節約人力、時間、能源，同時獲得高質量的多尺度結構合金材料，是本領域亟需實現的目標。

發明內容

本發明解決的技術問題提供一種多尺度結構合金材料、制備方法及其用途，開發一種簡便易操作的材料成形制備方法，將合金材料的制備及后續處理技術合二為一，實現雙尺度/多尺度納米/超細晶結構合金材料的一體化成形，通過原位調控合金內部的微觀組織結構形態、晶粒尺度等，制備出高強韌合金材料。

本發明提供的多尺度結構合金材料的制備方法，包括以下步驟：

1)粉末致密化燒結：將合金粉末裝入燒結模具，經預壓后進行燒結，燒結壓力為20～100MPa，燒結溫度Ts滿足：合金粉末相變峰的開始溫度≤Ts≤合金粉末相變峰的結束溫度；