[发明专利]一种实现纳米晶和纳米孪晶异质结构的方法

说明书

本发明公开了一种实现纳米晶和纳米孪晶异质结构的方法，属于高强度、高电导率块状金属制备技术领域。所述实现纳米晶和纳米孪晶异质结构的方法的步骤包括：对温度为77K的金属块进行多道次冲击，实现金属块的工程应变不小于60％，即得兼具纳米晶和纳米孪晶异质结构的金属块。通过采用低温高应变率的变形条件，抑制了位错湮灭、提高了饱和位错密度、降低了孪晶成核临界尺寸，进而促进了晶粒细化和孪晶生成。大量的纳米孪晶界以极低的电导率损失(孪晶界的电阻率比晶界要低一个数量级)协调了变形并贡献了可观的强度。

技术领域

本发明涉及高强度、高电导率块状金属制备技术领域，特别涉及一种实现纳米晶和纳米孪晶异质结构的方法。

背景技术

近年来，纳米异质金属被报道由于兼备纳米晶和纳米孪晶微观结构，从而具有高强度以及高电导率，例如纳米异质结构铜合金。

原因在于此结构兼具有纳米晶和纳米孪晶，大量的晶界和孪晶界阻碍了位错滑移，提升了强度；与大角度晶界不同的是，孪晶界既能阻碍位错滑移，也能传递入射位错，从而分别提供强度和延展性。

但是目前块状纳米异质结构金属的制备问题还没有解决，传统的电沉积制备技术成本高、尺寸小，不具备大规模生产的潜力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现纳米晶和纳米孪晶异质结构的方法，以解决现有技术成本高昂、制备材料尺寸受限的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明技术方案之一：提供一种实现纳米晶和纳米孪晶异质结构的方法，包括以下步骤：对温度为77K的金属块进行多道次冲击，实现金属块的工程应变不小于60％，即得兼具纳米晶和纳米孪晶异质结构的金属块。

本发明所述工程应变为试样厚度改变量与试样初始厚度的比值。

优选地，所述金属块在降温前先进行表面处理，具体为表面打磨至平整。

优选地，所述金属块为铜块。

更优选地，所述多道次冲击中的每一次冲击的平均应变速率为1000-12000s^-1。

本发明技术方案之二：提供一种实施上述方法的装置，组成部分包括：用于夹紧金属块的两个钢柱，对所述钢柱进行冲击的炮弹，用于冷却所述金属块的冷却部件，以及用于加速所述炮弹的加速部件。

优选地，所述钢柱和所述炮弹的材质均为SKD11模具钢。

优选地，所述炮弹在冲击所述钢柱时，速度为174.66±6.06m/s。

优选地，所述加速装置为轻气炮。

本发明的有益技术效果如下：

本发明通过低温高速单轴冲击大塑性变形实现了金属块内部剧烈的晶粒细化和孪晶变形，从而使得金属块兼具纳米晶及纳米孪晶的纳米异质结构。与传统的大塑性变形相比，该方法采用低温高应变率的变形条件，抑制了位错湮灭、提高了饱和位错密度、降低了孪晶成核临界尺寸，进而促进了晶粒细化和孪晶生成。大量的纳米孪晶界以极低的电导率损失(孪晶界的电阻率比晶界要低一个数量级)协调了变形并贡献了可观的强度，这使得兼具纳米晶及纳米孪晶的纳米异质结构的金属块在保留较高电导率的基础上兼备了高强度和较可观的延展性。

附图说明

图1为实施例1实现铜块兼具纳米晶和纳米孪晶异质结构的方法流程图。

图2为实现实施例1所述使铜块兼具纳米晶和纳米孪晶异质结构的方法所用装置的构造图。

图3为实施例1中所用杆托的尺寸及构造图。