[发明专利]一种金属材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种金属材料的制备方法，包括：将待制备金属材料水平放置在凹模和凸模的波浪面之间，压力机与所述凸模相连接，通过所述凸模对所述金属材料压制使得所述金属材料与所述凸模和所述凹模完全接触，将经过所述压制的金属材料顶出并水平翻转后再置于所述凹模和所述凸模的波浪面之间，重复所述压制和所述翻转过程直至所述金属材料的应变量积累符合要求为止，通过平面模具将经过形变的所述金属材料压平后取出。本发明能够制备大尺寸的纳米材料；组织细化能力更强，变形更加均匀，加工过程更加简单；不会出现宏观织构缺陷，可得到晶粒尺寸分布均匀且各向同性的纳米材料。

技术领域

本发明涉及金属纳米材料制备领域，具体涉及一种大尺寸均匀变形金属纳米材料的制备方法。

背景技术

晶粒细化作为金属材料最主要的强化方式，一直是金属领域研究的热点。但传统的铸造、挤压及轧制等制备工艺，难以实现金属材料的超细晶或纳米化。现阶段实现金属材料大幅细化的方式主要分为至上而下及至下而上两种。至下而上的方法是指通过调控金属凝固过程等，实现组织的细化，如电沉积及气体冷凝等。至上而下的方法主要是指大塑性变形，主要包括高压扭转，模压，等径角挤压，往复挤压，累积轧制及多向模锻等。采用气体冷凝等方法虽然可以制备超细晶材料，但试样的体积较小且存在孔洞等缺陷。另一方面，通过大塑性变形也很难制备大尺寸的超细晶材料。比如高压扭转等大塑性变形工艺虽然有很强的晶粒细化能力，但同样只适用于小尺寸样品的制备，且中心区域变形量较小。另一方面，多向模锻及模压工艺单道次的应变量较小且应变分布不均匀，实现工业应用的难度较大。

目前，对6系铝合金进行高压扭转实验，发现高压扭转能显著细化合金组织，并提高其强度，与初始材料相比，室温高压扭转后合金的强度提高至3倍。TWIP(TwinningInduced Plasticity，孪生诱发塑性)钢在等径角压制后晶粒显著细化，孪晶及位错密度显著提升，但在宏观尺度上并不均匀。同时随着压制道次的增加，材料的织构也逐渐增强。在室温条件下对纯铝进行了4道次(16次变形)模压，晶粒由初始的100微米降低至500纳米左右，但四道次模压后纯铝材料的硬度分布仍然不均匀；对纯铜进行了48次多向锻造，最终使晶粒尺寸降低至1微米左右，但晶粒细化不均匀。因此，如何制备满足工业应用要求的大尺寸均匀变形金属纳米材料并简化加工工艺是目前有待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何制备满足工业应用要求的大尺寸均匀变形金属纳米材料并简化加工工艺，提供一种金属材料的制备方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种金属材料的制备方法，所述制备方法包括：

将待制备金属材料水平放置在凹模和凸模的波浪面之间；

启动压力机，所述压力机与所述凸模相连接，通过所述凸模对所述金属材料压制使得所述金属材料与所述凸模和所述凹模完全接触；

将经过所述压制的金属材料顶出，并将所述金属材料水平翻转后再置于所述凹模和所述凸模的波浪面之间；

重复所述压制过程，将再次压制的金属材料顶出后再次水平翻转后再置于所述凹模和所述凸模的波浪面之间；

重复所述压制和所述翻转过程直至所述金属材料的应变量积累符合要求为止；

通过平面模具将经过形变的所述金属材料压平后取出。

较佳地，所述凸模和所述凹模的材质为模具钢，所述金属材料可以为纯金属或合金。

较佳地，所述凸模和所述凹模的波浪面特征相互错开，所述凸模和所述凹模可以完全贴合。

进一步地，所述波浪面特征包括：波形高度h，波形宽度w及特征弧度。

较佳地，进行单次所述压制产生的应变量与所述特征弧度正相关。