[发明专利]一种金属棒材表层纳米化的模具及其使用方法

权利要求书

1.一种金属棒材表层纳米化的模具，其特征在于，该模具包括安装体（1）和碾磨体，安装体（1）为管状结构，在安装体（1）的内部由上到下镶嵌多组碾磨体，每组碾磨体由三个碾磨球（2）组成，每组的三个碾磨球（2）球心连线构成等边三角形，该等边三角形的中心位于安装体（1）的中心轴线上，且该等边三角形所在平面与安装体（1）的中心轴线垂直；相邻组的碾磨体之间的距离相同，且安装体（1）的内部由上到下的每组碾磨体的三个碾磨球（2）球心连线构成的等边三角形的边长依次等值减小；

碾磨体的组数为3~20，相邻组碾磨体之间的距离L为10 mm ~25mm，且L不小于碾磨球（2）的直径D₁；

将安装体（1）内部镶嵌的碾磨体由上到下依次命名为第1组、第2组、第3组……、第n组，每组碾磨球（2）的球心与安装体（1）中心轴线的距离使用R_n表示，相邻每组碾磨球（2）的球心与安装体（1）中心轴线的距离减小量为ΔR，即ΔR=R_n-R_n+1，ΔR的取值范围为10μm ~500μm。

2.根据权利要求1所述的一种金属棒材表层纳米化的模具，其特征在于，所述的碾磨球（2）直径D₁的取值范围为5 mm ~20mm，制成碾磨球（2）的材质为钇稳定二氧化锆、氮化硅或聚晶立方氮化硼。

3.根据权利要求1所述的一种金属棒材表层纳米化的模具，其特征在于，每组碾磨球（2）的球心与安装体（1）中心轴线的距离R_n、相邻每组碾磨球（2）的球心与安装体（1）中心轴线的距离减小量ΔR与待加工金属棒材（3）直径D满足下述关系：

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4.根据权利要求3所述的一种金属棒材表层纳米化的模具，其特征在于，所述的待加工金属棒材（3）直径D的取值范围为5 mm ~100mm，待加工金属棒材（3）的长度为大于等于50mm。

5.根据权利要求3或4所述的一种金属棒材表层纳米化的模具，其特征在于，所述的待加工金属棒材（3）为铝、铝合金、镁、镁合金、铜或铜合金材质。

6.一种使用权利要求1-5任意一项所述的模具在金属棒材表面制备表层纳米晶梯度结构的方法，其特征在于，该方法的具体操作过程为：将待加工金属棒材（3）以20rpm~3000rpm的旋转速度进行旋转，并以0.5mm/min~10mm/min的挤压速度同轴心的由安装体（1）的上端挤入置于浸泡在深冷介质中的模具中。

7.根据权利要求6所述的使用模具在金属棒材表面制备表层纳米晶梯度结构的方法，其特征在于，所述的深冷介质为液态介质。

8.根据权利要求7所述的使用模具在金属棒材表面制备表层纳米晶梯度结构的方法，其特征在于，所述的深冷介质温度低于153K，具体为液氮或液氩。