【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于金屬材料制備，具體涉及一種具有層狀梯度組織的金屬材料的制備方法。
技術介紹
1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，特別是在計算機、半導體、儀器儀表、信息通訊等高精尖行業(yè)，高負載、高可靠性和高服役壽命已成為導體功能器件的主要發(fā)展方向，這使得作為信號傳輸、結構支撐和熱管理系統(tǒng)等用合金的服役條件變得更加苛刻，因此對材料的力學性能提出了更高的要求。鑒于銅合金、鋁合金、鈦合金、鎂合金等金屬材料在制造集成電路引線框架、精密電子元器件、接插件等方面應用優(yōu)異表現(xiàn)，已然成為眾多高新
的關鍵結構功能材料。因此制備出具有超高強度、良好塑韌性的金屬材料具有極高的應用價值及行業(yè)潛力。
2、同時提高金屬材料的強度和塑韌性是開發(fā)高性能金屬的重要途徑，細晶強化和析出強化是提高金屬材料力學性能的重要手段。通過熔煉過程中添加變質劑或快速凝固的方法可以制備晶粒細小的鑄錠，通過等通道擠壓、多向壓縮、大變形擠壓等強塑變加工技術，獲得晶粒細小均勻的組織。通過細化晶粒可以同時提高材料的強度和塑性，但是強化程度有限。因此通常需要經(jīng)過適當?shù)臒崽幚硎购辖鹬行纬纱罅繌浬⒎植嫉募毿〉诙嗔Ｗ印?/p>
3、目前針對高性能金屬材料的制備加工方法存在很多，主要聚焦在材料整體式制備的研究，而關于材料微區(qū)組織調(diào)控過程的研究鮮少。專利號為cn111424224b公開了一種高強高韌導電銅合金帶材的制備方法，該方法采用“固溶—冷軋—電脈沖熱處理—冷軋—時效處理”的工藝路線，使合金獲得基體晶粒細小均勻、高密度位錯以及析出相彌散分布的組織，大幅度提高合金的力學性能。然而該方法
技術實現(xiàn)思路
1、鑒于目前存在的上述不足，本專利技術提供了具有層狀梯度組織的金屬材料的制備方法。采用定向凝固法獲得細長的柱狀晶坯料，然后通過大變形冷加工獲得高密度位錯等變形組織，為后續(xù)再結晶提供驅動力，結合梯度微區(qū)電調(diào)控處理對冷加工材料的邊部或心部進行再結晶處理，精確調(diào)控特定區(qū)域的組織，快速細化特定區(qū)域的基體晶粒尺寸，消除特定區(qū)域的加工硬化，獲得“柱狀晶帶—等軸晶帶”交替分布的層狀梯度組織，大幅度提升材料的強韌性；最后結合電脈沖加工和處理同時引入高密度位錯和細小彌散的第二相粒子，從而獲得高性能的金屬材料。
2、為了達到上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
3、本專利技術提供一種具有層狀梯度組織的金屬材料的制備方法，根據(jù)金屬材料的成分配取金屬原料，將金屬原料進行熔煉獲得金屬熔體，將金屬熔體進行定向凝固獲得具有柱狀晶組織的鑄錠，將鑄錠進行冷加工，將冷加工件進行微區(qū)電處理獲得具有“柱狀晶帶—等軸晶帶”交替分布的層狀梯度組織材料，最后將所述層狀梯度組織材料進行電脈沖加工即得具有層狀梯度組織的金屬材料。
4、優(yōu)選的方案，所述金屬材料中的金屬選自銅合金、鐵合金、鋁合金、鎂合金、鋅合金、鈦合金等中的一種。
5、在本專利技術中，金屬材料形狀為板材、帶材、線材、管材、異形材等。
6、優(yōu)選的方案，將金屬原料按照熔點從高到低依次放入坩堝中，在坩堝的表面放置覆蓋劑，進行熔煉獲得金屬熔體，所述覆蓋劑選自碳酸鈉、硼砂、氟化鈉、冰晶石、石墨粉中的至少一種。
7、優(yōu)選的方案，所述熔煉的過程為，先將金屬原料于700～2000℃，優(yōu)選為700～1800℃進行熔化獲得熔體，將熔體進行機械攪拌，然后再降溫至650～1550℃，保溫5～10min后，施加電脈沖獲得金屬熔體。
8、采用上述的熔煉過程，可以使熔煉所得金屬熔體成分均一。
9、進一步的優(yōu)選，所述機械攪拌的轉速為0.1～1000r/min，優(yōu)選為200～600r/min。
10、進一步的優(yōu)選，電脈沖的頻率為200～3500hz，電流密度為0.1～50a/cm3。
11、更進一步的優(yōu)選，電脈沖的頻率為600～2000hz，電流密度為2～10a/cm3。
12、優(yōu)選的方案，所述定向凝固的過程為：采用1～100mm/min的軸向速度使金屬熔體依次通過冷卻結晶器，所述冷卻結晶器所用冷卻介質選自水、16℃的鎵銦冷卻液、液氮酒精循環(huán)冷卻液中的一種，優(yōu)選為16℃的鎵銦冷卻液。
13、在本專利技術中液氮酒精循環(huán)冷卻液是指液氮和酒精按照1：1～4的比例進行配比，比例為1：1時，用于需要快速冷卻的情況，比例為1：4的比例用于緩慢冷卻的情況。
14、優(yōu)選的方案，所述柱狀晶組織選自平行型、八字型、垂直型中的一種，優(yōu)選為平行型或八字型。專利技術人發(fā)現(xiàn)，當柱狀晶為平行型時，更便于后續(xù)的微區(qū)調(diào)控處理。當采用16℃的鎵銦冷卻液時，通過定向凝固將獲得平行型的柱狀晶組織。
15、優(yōu)選的方案，所述冷加工時，控制加工方向為溫度梯度方向。
16、在本專利技術中，通過沿著溫度梯度的方向進行加工，加工面的樣品所受到的內(nèi)應力處于均一狀態(tài)。
17、優(yōu)選的方案，所述冷加工時，道次變形量為5％～30％，優(yōu)選為5～15％，總變形量為50～95％，優(yōu)選為80～95％。
18、本專利技術中，先經(jīng)凝固獲得細長的柱狀晶，然后通過大變形冷加工獲得高密度位錯，為后續(xù)再結晶提供驅動力。
19、優(yōu)選的方案，所述冷加工選自是冷軋制、冷拉拔、冷鍛造、冷旋鍛、冷徑鍛、冷擠壓、冷鐓中的一種，優(yōu)選為冷軋制。
20、優(yōu)選的方案，將冷加工坯沿長度方向或寬度方向劃分為交替分布柱狀晶區(qū)域與等軸晶區(qū)域，針對等軸晶區(qū)域進行微區(qū)電處理，所述微區(qū)電處理參數(shù)為：電壓為0.01～30v，優(yōu)選為0.01～20v，電流為0.01～10000a，優(yōu)選為2000～5000a。
21、在本專利技術中，通過大變量冷加工獲得高密度位錯等變形組織，在等軸晶區(qū)域進行微電處理，該區(qū)域的柱狀晶中的位錯將發(fā)生再結本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
1.一種具有層狀梯度組織的金屬材料的制備方法，其特征在于：根據(jù)金屬材料的成分配取金屬原料，將金屬原料進行熔煉獲得金屬熔體，將金屬熔體進行定向凝固獲得具有柱狀晶組織的鑄錠，將鑄錠進行冷加工，將冷加工件進行微區(qū)電處理獲得具有“柱狀晶帶—等軸晶帶”交替分布的層狀梯度組織材料，最后將所述層狀梯度組織材料進行電脈沖加工即得具有層狀梯度組織的金屬材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種具有層狀梯度組織的金屬材料的制備方法，其特征在于：將金屬原料按照熔點從高到低依次放入坩堝中，在坩堝的表面放置覆蓋劑，進行熔煉獲得金屬熔體，所述覆蓋劑選自碳酸鈉，硼砂，氟化鈉，冰晶石，石墨粉中的一種。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種具有層狀梯度組織的金屬材料的制備方法，其特征在于：所述熔煉的過程為，先將金屬原料于700～2000℃，進行熔化獲得熔體，將熔體進行機械攪拌，然后再降溫至650～1550℃，保溫5～10min后，施加電脈沖獲得金屬熔體；
4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種具有層狀梯度組織的金屬材料的制備方法，其特征在于：
5.根據(jù)權利要求1或2所述的一種具有層
6.根據(jù)權利要求1所述的一種具有層狀梯度組織的金屬材料的制備方法，其特征在于：
7.根據(jù)權利要求1或6所述的一種具有層狀梯度組織的金屬材料的制備方法，其特征在于：所述微區(qū)電處理過程中的電流形式為脈沖電流、恒定電流、交流電、直流電的任意一種。
8.根據(jù)權利要求1或6所述的一種具有層狀梯度組織的金屬材料的制備方法，其特征在于：所述微區(qū)電處理過程通過可移動的電子探頭對冷加工坯施加電電流，將可移動的電子探頭置于冷加工坯的等軸晶區(qū)域中，在電子探頭面積范圍內(nèi)施加一次電流，然后平行移動電子探頭對下一個電子探頭面積范圍施加電流，直接一個等軸晶區(qū)域處理完成后，將電子探頭移動至下一個未處理的等軸晶區(qū)域重復上述過程；任意一次施加電流時間為0.01～20min；
9.根據(jù)權利要求1所述的一種具有層狀梯度組織的金屬材料的制備方法，其特征在于：
10.根據(jù)權利要求1或9所述的一種具有層狀梯度組織的金屬材料的制備方法，其特征在于：所述電脈沖加工，單道次變形量為5～30％，總變形量＞70％。
...【技術特征摘要】
1.一種具有層狀梯度組織的金屬材料的制備方法，其特征在于：根據(jù)金屬材料的成分配取金屬原料，將金屬原料進行熔煉獲得金屬熔體，將金屬熔體進行定向凝固獲得具有柱狀晶組織的鑄錠，將鑄錠進行冷加工，將冷加工件進行微區(qū)電處理獲得具有“柱狀晶帶—等軸晶帶”交替分布的層狀梯度組織材料，最后將所述層狀梯度組織材料進行電脈沖加工即得具有層狀梯度組織的金屬材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種具有層狀梯度組織的金屬材料的制備方法，其特征在于：將金屬原料按照熔點從高到低依次放入坩堝中，在坩堝的表面放置覆蓋劑，進行熔煉獲得金屬熔體，所述覆蓋劑選自碳酸鈉，硼砂，氟化鈉，冰晶石，石墨粉中的一種。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種具有層狀梯度組織的金屬材料的制備方法，其特征在于：所述熔煉的過程為，先將金屬原料于700～2000℃，進行熔化獲得熔體，將熔體進行機械攪拌，然后再降溫至650～1550℃，保溫5～10min后，施加電脈沖獲得金屬熔體；
4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種具有層狀梯度組織的金屬材料的制備方法，其特征在于：
5.根據(jù)權利要求1或2所述的一...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：王檬，譚騛，姜雁斌，李周，黃承智，龍佳慧，曹航，
申請(專利權)人：中南大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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