對納米結構金屬材料的塑性變形制備技術分析

王婷翌

（西北工業大學，陜西 西安 710114）

1 納米結構金屬材料的綜合定義論述

隨著科學技術水平的廣泛提高，對于納米材料的設計開發過程開展了相應更廣闊的應用，其中特別是對于納米結構的金屬原材料的相關應用。對于制備納米材料，選擇性使用塑性變形的工藝技術，可以有效的擴展樣品的實際尺寸，有利于減緩孔隙結構的堵塞現象，有效推進可持續發展的環境保護進程。因此，隨著塑性變形模式不斷拓展全新的應用路徑，對從根本上制備涵蓋納米技術的相關原材料方面展現出卓越的優勢。

從20世紀90年代以來，納米技術原材料和塑性變形工藝技術就獲得了廣泛關注。所以在很大程度上可以認為，兩者之間的相互結合，實現了納米結構金屬材料的塑性變形制備工藝技術的誕生。并以此專項工藝為核心標準，增強相關宣傳推廣力度，進一步拓展納米金屬材料塑性變形制備工藝技術的普及范圍。也正是由于該工藝技術實踐效果的持續影響，從而更好的實現了納米結構金屬材料的批量規模化制備，并在另一個層面上推進塑性變形技術的優化升級。隨之開發創新出新型變形工藝技術，從而制備出更為貼合社會日常生產工作需要的高質量工業化產物，如超細晶材料等。

通過對納米結構金屬原料的塑性變形技術工藝展開深入探究，可以看出，此類工藝技術在實際運用過程中存在較為明顯的差異特點，對于整體納米結構金屬材料制備工作流程的相關環節，需要以變形處置作為性質研究的劃分標準。通過比對納米結構金屬原料的變形處理前后的樣品，發現經歷變形處理后樣本的實際空間集合尺寸無任何改變，基本保持原尺寸大小。也就是說，經塑性變形技術處理的納米結構金屬材料符合大應變量的形變技術要求。與此同時，對納米結構金屬原料表面進行相應深層次的研磨，從而實現強度變換梯度耐受的塑性變形。

2 大應變量變形制備技術

2.1 冷軋

冷軋作為被廣泛使用于工業建設領域的材料建造模式，特別是對于納米結構材料的科研行業涉及范圍更為寬泛。因此，冷軋模式在當前時代背景下，已經被判定為有效制備超精細結構材料以及納米構造素材的重要模式，在大應變量變形制備技術方面占據重要核心地位。冷軋技術的基本原理是將形狀結構為平面板狀的樣本放置于預先設定距離的軋輥結構內部，同時樣本經過與之相對運轉的軋輥區域，從而促使樣本在高度范圍形成向下的壓力，繼而實現塑性變形過程。由于樣本軋鋼的實際要求次數的相應增多，致使塑性變形的效果也進一步提高，由此，減小樣本之前過大的晶粒尺寸，發揮晶粒結構的細化功能作用，從而在根本上實現納米級別的金屬材料制備。對于特殊環境下的冷軋技術，例如在日常室溫環境下的冷軋技術制備的金屬材料，其晶粒構成的尺寸依舊是原本形態，但是晶粒與晶粒之間的取向差逐步提升。然而，當純Cu冷凝至液氮的溫度時，立即拿出并完成冷軋，平均晶粒尺寸能夠被縮減到22nm。

2.2 累積疊軋

累積疊軋的首次提出是在上世紀90年代末期，通過一些專家學者進一步深入研究納米結構金屬材料的冷軋制備技術，并以冷軋技術工藝為基準，從而研發創造出的新型植被超細晶金屬原材料的科學技術。該工藝技術制備納米結構金屬材料的基本工作原則是將兩塊平板金屬材料在一定的技術工藝作用下，形成一塊納米結構金屬原材料。具體來說，借助脫脂和鋼刷處理確保兩塊平板金屬材料表層形態光滑，同時將兩塊平板金屬材料表面相對重疊貼合在一起并固定在累計疊軋工藝的結構裝置當中，繼而在室溫或高溫的環境下實現平板金屬材料的多次持續軋制工作。對于每一次疊加軋制環節，都嚴格按照軋制工藝的規定標準在厚度方向施加向下量的一半，最終實現累計疊軋工藝，完成納米結構的金屬原材料制備工作。同時，對該工藝技術軋制后產物展開觀察，實際數據測量發現平板實際厚度與之前數值一致，但整體長度為原來的兩倍。因此，在使用累積疊軋工藝流程之前，需要對軋制后的平板金屬材料進行長度尺寸切割，確保兩塊平板金屬材料實現持續平穩的被處理過程，進一步增強平板大應變量的累積疊軋工藝技術效用的發揮。累積疊軋工藝技術與傳統冷軋相比，兩者的樣本尺寸都沒發生改變，但是累積疊軋工藝在工作原理上可以認為是無限次數的，是有效落實晶粒尺寸縮小，確保變形量最大的納米結構金屬材料制備工藝。同時，累計疊軋工藝技術也可以完成兩類不同金屬材料的納米結構制備。

2.3 等通道擠壓

等通道擠壓的納米結構金屬原料的塑性變形技術工藝是上世紀八十年代研發而成，充分實現大剪切變形量的金屬材料的成型技術。在當時的時代背景影響下，使用范圍較為局限，未得到廣泛的關注使用。隨著對等通道擠壓納米結構金屬材料制備技術研究的不斷深入，該技術的實際應用范圍有了明顯的擴展，增加了實現材料剪切屬性變形的手段應用，有效的完成晶粒細化的工作目標，繼而逐步演變發展成為制備超細晶材料的重要應用模式。具體工作流程主要是將樣品金屬材料通過施加一定的外力，在其經過拐角結構的通道時，根據通道結構形態實現剪切變形效果，最終完成大應變量累積的納米結構金屬原料的塑性變形效用累積。等通道擠壓技術可以從根本上實現多種類金屬的超細晶材料制備，有效控制等通道結構和驗證研究等通道擠壓效果，從根本層面上有效的縮減納米結構金屬材料的晶粒尺寸，進一步確認力學性能對納米結構金屬材料塑性變形制備技術產生的相關影響。

3 高應變梯度變形制備技術

3.1 表面機器研磨技術

高應變梯度變形制備技術主要分為兩類，主要是表面機器研磨技術和碾壓技術。其中，對于納米結構金屬原料的塑性變形技術工藝最具有代表性的就是表面機器研磨技術。該技術的工作原理主要是借助振動設備機構的牽動效用，在用來存放彈丸和固定樣品的容器之間形成共振，促使多顆彈丸借助高速的沖擊力進而持續的撞擊樣品材料表面。也就是借助彈丸所帶來的多方面、高頻率的沖擊壓力，持續高速的作用于金屬材料表面，從而進一步促使材料表面實現高應變速率的塑性變形。在不改變金屬材料樣品本身尺寸大小的基礎上，從根本上有效的縮減納米結構金屬原料的晶粒尺寸，最終確保塑性變形技術對于納米結構金屬材料制備的應用實踐。彈丸隨機性的向金屬材料樣本釋放沖擊力，由此在樣品表面展開不同式樣的滑移系或孿晶系開動，從而充分的保證金屬材料表面微觀結構的塑性變形效果梯度變化。對于最終的納米結構金屬材料制成產品產生影響的因素包括振動設備的振動頻率，容器內安置的彈丸尺寸大小以及容器壁至金屬材料制備樣品的表層間距等。

3.2 表面機器碾壓技術

該技術主要是通過構建球形碾壓頭壓入待制備的樣品金屬材料表層內，在規定深度內的金屬材料表層完成碾壓過程，由此實現樣本一定厚度的表層結構出現大剪切變形，繼而實現樣本金屬材料表層微觀結構的細化過程，從而保證納米結構金屬原料的制備操作的實現，形成梯度形式的納米結構塑性變形技術工藝。對于該技術的晶粒細化程度的測算依據認定，主要是通過調整剪切變形量以及變形層厚度等兩部分指標來實現的，變形應變的實際速度效率根據樣品的球形碾壓頭的旋轉速率變化。同時，該塑性工藝技術制備納米結構金屬原料的效果也與碾壓半徑的范圍有關。

4 結論

通過上述對納米結構金屬材料的塑形變形工藝技術的概念整合論述，進一步深入探究了相關大應變量變形金屬材料制備工藝的三種類型，并從工作原理上進行了流程分析，提出了超細晶結構的制造。與此同時，對于高應變梯度變形制備技術提出了全新的應用，總結概括了相關技術工藝原理。通過對納米結構金屬原料的塑性變形技術工藝的綜合評估判斷，對于存在的局限性問題，選取了相應的解決方案，促使納米結構金屬材料制備工藝技術的優化升級，由此在很大程度上為推動我國納米結構金屬原料的塑性變形技術和工藝制備發展進程具有重要建設性指導意義。