[发明专利]一种金属板带材的加速时效处理方法

说明书

本发明提供了一种金属板带材的加速时效处理方法,该方法包括将脉冲电流经辊式正负极传导给金属板带材等，实现脉冲电流对金属的时效处理。该方法使用的电流频率为50～1000Hz，峰值电流为1000A～500KA，脉冲宽度小于100μs。本发明提供的脉冲电流时效处理加速了溶质原子的扩散，并加速了第二相的形核与长大，缩短了时效过程，提高了金属板带材的综合性能。

技术领域

本发明涉及一种金属板带材的处理方法，具体讲涉及一种金属板带材的加速时效处理方法。

背景技术：

对于时效强化合金，特别是对于金属板带材较长时间的时效热处理保温，无疑会增加金属材料的生产成本。特别对于诸如C7025铜合金一类合金一般需要经历两次时效方可生成尺寸为2nm Ni₂Si析出相，其单次时效保温时间为4～8h，而其升温与降温时间较长，分别多达至6小时以上，方可获得抗拉强度在600MPa、电导率在40％IACS以上的合金材质(《高性能铜合金及其加工技术》[M].刘平,赵冬梅,田保红.冶金工业出版社,2005.)。作为高强铝合金的7075铝合金，其析出相为GP区、η＇相(MgZn)、η相(MgZn₂)，其T6态需要在120℃条件下处理达24h，方可获得抗拉强度、延伸率、硬度分别达到655MPa、12％、205.6HV(《热处理制度对7075铝合金电导率的影响》[J].轻合金加工技术.王学书,聂波,谢延翠,2001,29(7):40-42；《热处理工艺对7075铝合金组织和力学性能的影响》[D].郑州大学,2012.)，其T76态需要在110～150℃进行双级时效，方可获得其抗拉强度、延伸率、硬度分别达到625MPa、10.8％、201.3HV。(《热处理工艺对7075铝合金组织和力学性能的影响》[D].赵青.郑州大学,2012.)。时效时间的长短与生产效率、生产成本息息关系，缩短铜、铝合金时效时间，即可进一步降低生产成本。

金属析出相的成分、大小、密度、共格与否都会影响材料的性能，而时效工艺对时效强化的金属的最终性能有着至关重要的影响。第二相的形成是一种扩散型相变，凡是对形核、长大速度有影响的参数，都会影响时效动力学过程。通常改善合金析出效率的方法包括：

1)选择较高的固溶温度与较快的冷却速率。析出过程中的扩散主要在固溶淬火冷却处理后冻结下来过剩的空位。固溶加热温度越高、加热后冷却速度越高，空位浓度就越高，因而G.P.区的形成速度就越快。(《材料热处理原理及工艺》[M].朱明.中国矿业大学出版社,2013:285)。

2)选择适宜的时效温度。化学自由能差是过饱和固溶体脱溶析出的驱动力，其脱溶过程是原子扩散的过程，因此在提升时原子扩散速度也随之增加，脱溶析出过程加快。但是，时效温度过高，则过饱和固溶体第二相临界晶核尺寸增大、数量减少，化学自由能差减小，使得析出速度降低，甚至不析出。因此，选择适宜的温度范围，可加快时效过程、缩短时效时间。(《材料热处理原理及工艺》[M].朱明.中国矿业大学出版社,2013:284)。

3)固溶后引入冷变形。析出的过程中原子扩散沿着位错进行，该扩散比一般扩散快，减少时效时间，同时高密度位错还可以成为第二相形核点。对于部分合金如铝锂合金、C7025铜合金在固溶后进行冷变形会产生大量位错，成为非均匀形核部位，从而使得沉淀相体积分数增大。(《深入探讨新型金属材料超级合金的性能与应用》[M].孟超，电子科技大学出版社，2018：163)。

4)加入微量元素。合金中加入微量元素特别是过渡簇元素，这些元素的金属间化学物以高度弥散的形成存在，可作为沉淀相的非自发晶核，同时该相的边界也可作为优先形核部位。(《材料热处理原理及工艺》[M].朱明.中国矿业大学出版社,2013:285)。