[发明专利]一种高强度超细孪晶纯钛及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高强度超细孪晶纯钛及其制备方法，属于纯钛纳米材料技术领域。本发明通过高能脉冲电流对纯钛棒材进行前处理，使棒材组织能够完全等轴化；再通过低温退火处理进一步细化纯钛棒材的组织结构，在低温处理中不易发生氧化现象；最后对材料进行预变形处理，在超细晶内引入大量孪晶，进一步增加了纯钛材料的强度及韧性。本发明得到的高强度超细孪晶纯钛显微组织结构均匀细小，具有高强度高韧性的特点；且本发明的制备工艺操作简单，节省能源，效率高，可实现较好的经济效益。

技术领域

本发明涉及纯钛纳米材料技术领域，尤其涉及一种高强度超细孪晶纯钛及其制备方法。

背景技术

纯钛具有优异的耐腐蚀性、良好的可焊性和可制造性，以及优良的生物相容性。因此，纯钛常用作工程材料，广泛应用于发电、化学、宇宙飞船和生物医学等行业。然而，与其他高强度钛合金相比，它的强度相对较低，这阻碍了它的进一步应用。随着纯钛在工业中的使用日益增多,对纯钛材料的性能提出了更高的要求,包括耐腐蚀性性能、生物相容性和力学性能等。而纯钛的这些性能与其微观组织(如晶粒的尺寸以及第二相粒子的尺寸、分布、结构等)密切相关。大量的研究表明，获得均匀细小、取向随机的晶粒对提高纯钛材料强度具有十分关键的作用。

中国专利CN102899508A公开了一种高强度纯钛的制备方法，该方法通过轧制及结晶退火热处理对纯钛材料进行处理，得到的纯钛材料虽然强度≥800MPa，但是在增加强度的同时，该纯钛材料的韧性相应下降，不利于该材料在工业上的应用。

因此，如何得到一种兼具高强度及高韧性的超细孪晶纯钛是目前急需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼具高强度及高韧性的超细孪晶纯钛及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种兼具高强度及高韧性的超细孪晶纯钛及其制备方法，通过本发明的制备方法得到的超细孪晶纯钛的纤维组织结构均有细小，具有高强度高韧性的特点。

本发明提供了一种高强度超细孪晶纯钛的制备方法，包括以下步骤：

1)对纯钛棒材进行高能脉冲处理，得到等轴化纯钛；

2)将步骤1)得到的等轴化纯钛进行退火处理，得到等轴超细晶纯钛；

3)将步骤2)得到的等轴超细晶纯钛进行预变形处理，得到超细孪晶纯钛。

进一步的，所述高能脉冲处理包括：将纯钛棒材置于高能脉冲装置中，频率为60～760Hz、电压为10～600V、脉冲宽度为50～5000μs、电流密度为200A/mm2～6000A/mm²。

进一步的，所述退火处理的温度为300～430℃，退火的时间为3～10min。

进一步的，所述预变形处理包含拉伸预变形处理或轧制预变形处理。

进一步的，所述拉伸预变形处理的拉伸应变量为8～10％，应变速率为1.0×10^-4s^-1～40×10^-4s^-1。

进一步的，所述轧制预处理的累积变形量为20～30％，每道次轧制的变形量低于7％。

本发明提供了一种高强度超细孪晶纯钛，所述高强度超细孪晶纯钛的显微组织中包含两种不同粒度范围的晶粒，一种为超细微米晶，一种为纳米孪晶；所述超细微米晶的粒度为0.1～3μm。

进一步的，所述纳米孪晶的粒度为20～50nm。

进一步的，所述微米晶的体积分数在30％以下，所述纳米晶的体积分数在70％以上。

本发明的有益效果：