[发明专利]一种梯度纯铜材料的表面强化处理方法

说明书

本发明公开一种梯度纯铜材料的表面强化处理方法，属于金属材料加工技术领域；本发明所述方法将纯铜材料于600~700℃的温度下退火1.5~2.5小时，在室温或液氮环境下采用机械研磨对退火后的纯铜材料进行单面表面纳米化处理，从而制得高强度高塑性并具有良好稳定性的梯度纳米纯铜材料；本发明所述方法制备过程简单，可获得塑性提高为经双面表面纳米化制得的梯度纯铜材料的10%以上，且能保持较高的强度的板材；本发明制备的高强度高塑性纯铜材料在迅速发展的电子通信、航空航天、机械等领域具有很大的应用空间。

技术领域

本发明涉及一种梯度纯铜材料的表面强化处理方法，属于金属材料加工技术领域。

背景技术

铜是人类最早使用的金属之一，是与人类关系非常密切的有色金属，因其具有良好的导电性、导热性、观赏性、耐蚀性和优异的机械性能等优点而被大规模应用于电缆、机械制造、电气、电子元件、建筑工业等现代工程技术领域，也可以组成众多种合金材料。各种电子产品、家用电器、工业设施等都离不开铜和铜合金产品，它们已经是生产及生活中不可或缺的重要工程材料。此外，铜也是极耐用的金属，可以多次回收而无损其机械性能。

随着工业技术的不断发展，传统的加工方法已经逐渐难以满足对其性能的更高要求，很大程度上阻碍了其在相应领域的进一步发展与应用，如何提高铜及铜合金的综合性能已成为近年来国际材料领域的一项重大难题。一直以来，高强度和高塑性是一对相矛盾的性能特征。目前工业上的制备方法多是以均衡塑性或屈服强度的方式来均衡材料的力学性能，以达到满足工作情况的要求，无法真正做到屈服强度与塑性同时优化。常用大塑性变形方法如等径角挤压、高压扭转、叠轧等来制备超细晶粒金属材料，可以大幅细化晶粒尺寸，形成大量晶界从而有效地阻碍位错运动，使得强度极大提高，但块体超细晶材料的塑性却很低。

表面纳米化通过采用非平衡处理方法来增加多晶材料表面的自由能，从而使表面晶粒尺寸逐渐减小，在外加载荷的重复作用下，经过不同方向无规则的撞击，材料表面发生严重的塑性变形且表面的粗晶组织逐渐细化，最终达到纳米量级。表面纳米化后材料的晶粒尺寸沿着厚度方向逐渐增大，材料的外形尺寸基本保持不变，而且表面纳米层与基体之间不存在明显的界面，不会出现界面污染和剥离等现象，为纳米技术和常规材料相结合提供了更优的途径。双面表面纳米化是表面纳米化处理常用的技术。通过利用双面表面纳米化制得的梯度结构材料，具有表面-心部-表面的梯度结构。双面表面纳米化技术因梯度结构层与粗晶层的比例大，导致材料强度提高的同时，塑性降低。

发明内容

为克服现有技术对纯铜材料强塑性提高的不足，本发明通过利用表面机械研磨对纯铜板材进行单面表面纳米化处理，制备出表面具有纳米-超细晶粒的梯度结构材料，心部为粗晶组织，从而表面具有极高的强度、硬度，而心部保留较高的塑性，在变形过程中表面细晶粒层与粗晶基体相互协调，多种机制相互配合，有效避免了结构特征尺寸突变引起的性能突变，使纯铜具有优异的强度和塑性结合，该方法加工工艺简单，具体包括以下步骤：

（1）将纯铜板材于600 ~ 700℃的温度下退火1.5 ~ 2.5小时；

（2）将步骤（1）所得板材进行表面抛光，随即对抛光后的纯铜板材进行单面表面纳米化处理，得到高强度高塑性的梯度纯铜板材。

本发明步骤（1）中所述纯铜板材的厚度为3 ~ 5mm。

本发明步骤（2）中所述单面表面纳米化处理，处理温度为室温或液氮（温度约77K）。

本发明步骤（2）中所述单面表面纳米化处理是机械研磨过程，工艺参数为：试验频率为50Hz，直径8mm的钢球为100 ~ 200颗，处理时间15min。

本发明的有益效果是：