馮柳

摘?要：本文主要是通過對于制備納米結(jié)構(gòu)金屬材料的塑性變形技術(shù)，其中就需要應(yīng)用到大應(yīng)變量變形技術(shù)、相應(yīng)的高應(yīng)變速率變形技術(shù)等等。通過對于變形的方式以及有關(guān)的參數(shù)來對微觀結(jié)構(gòu)下的晶粒細(xì)化相應(yīng)的影響規(guī)律進(jìn)行研究，從而對利用塑形變形技術(shù)制備納米結(jié)構(gòu)金屬材料的發(fā)展趨勢來進(jìn)行進(jìn)一步的探討，希望對相關(guān)人員有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：金屬納米結(jié)構(gòu)材料;塑性變形制備技術(shù);分析

引言：

納米材料的應(yīng)用十分的廣泛，它可以運(yùn)用在日常的醫(yī)療、工業(yè)等等各種領(lǐng)域。而隨著納米材料的不斷的進(jìn)步，相關(guān)的研究人員就開始通過材料塑性變形的方式來制備相應(yīng)的納米結(jié)構(gòu)金屬材料。與其他的方法相比，塑形變形方法具有更加優(yōu)良的特性，如材料內(nèi)容廣、不易引入空隙、減少污染等。而在上個世紀(jì)的時候，其相應(yīng)的技術(shù)就已經(jīng)得到了廣泛的信用，并且已經(jīng)發(fā)展成為一種相當(dāng)有效的方法。與其一同發(fā)展的，還有許多制備超細(xì)晶和納米結(jié)構(gòu)材料的變形技術(shù)。這些技術(shù)當(dāng)中，在處理變形時可以使幾何尺寸不發(fā)發(fā)生改變，這樣可以讓納米結(jié)構(gòu)金屬材料保持較好的特性，擁有更加廣泛的應(yīng)用面。

一、制備方法

（一）大應(yīng)變量變形制備技術(shù)

第一，冷軋。在工業(yè)當(dāng)中使用相當(dāng)廣泛的一種技術(shù)，便是冷軋技術(shù)。尤其是在納米結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域，冷軋作為一種制備超細(xì)晶和納米結(jié)構(gòu)材料的方法，其主要的原理是通過對于平板樣品以及一定間距的轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致樣品在厚度方向上出現(xiàn)壓下量，而實現(xiàn)塑性變形。通過對于樣品的軋輥次數(shù)的增加，使得塑形變形量不斷的增大，并且將原來十分粗大的尺寸壓縮為亞微米量級，甚至是納米量級。之后，就可以通過進(jìn)一步的增加，使晶粒的尺寸保持不變，從而取得相應(yīng)的材料。

第二，累積疊軋。累計疊軋技術(shù)是通過對于冷軋技術(shù)的改進(jìn)發(fā)展起來的，其原理是使用兩塊尺寸相同的平板，然后將表面處進(jìn)行脫脂。之后將平板合并，并且在室溫加熱的過程當(dāng)中實現(xiàn)扎制，這樣當(dāng)兩塊平板合成一塊的時候，那么其壓下量就可以大大的增加。最后在進(jìn)行下一次的累積疊軋時，將其分成與之前尺寸相同的平板之后，重復(fù)上述的步驟，實現(xiàn)大應(yīng)變量的累積疊軋，從而制作出相應(yīng)的納米材料。

（二）高應(yīng)變速率變形制備技術(shù)

高應(yīng)變速率變形制備技術(shù)，也就是動態(tài)塑形變形技術(shù)，這種方法是對于金屬材料進(jìn)行高應(yīng)變速率沖擊的過程當(dāng)中，使其不斷的變形。這樣材料就可以進(jìn)入到高密度的納米錯位缺陷，而缺陷通過相應(yīng)的變動驅(qū)動來演化成納米結(jié)構(gòu)材料。動態(tài)塑性變形技術(shù)來制備納米產(chǎn)品，可以實現(xiàn)在設(shè)備當(dāng)中的高速運(yùn)作。通過采取對于粘板上的樣品進(jìn)行不斷的動態(tài)沖擊，使材料發(fā)生壓縮變形，在變形當(dāng)中通過對于錘頭的沖擊力和位移的調(diào)整來進(jìn)行記錄，可以采用相應(yīng)的電磁原理，可以在幾毫米的距離就達(dá)到極快的速度，這樣當(dāng)沖擊率達(dá)到每秒幾至幾十米的時候，那么就可以產(chǎn)生相應(yīng)的變形。之后再經(jīng)過多次的沖擊，并且重復(fù)變形的步驟，那么最后就可以達(dá)到所需要的變形量。

在動態(tài)塑性變形處理過程當(dāng)中，其采取的主要方式是錯位滑移。通過低溫動態(tài)塑性變形來獲得錯位胞平均尺寸，以及更小的取向差。這是通過對于低溫和高應(yīng)變速率變形來使得的錯位密度不斷的增加，從而有效地降低了動態(tài)回復(fù)，有利于形成更多的錯位界面，來使晶粒得到更加多的細(xì)分。

二、應(yīng)變導(dǎo)致的晶粒細(xì)化

（一）變形方式與晶粒細(xì)化的關(guān)系

當(dāng)材料在進(jìn)行制作過程當(dāng)中，塑性變形會用相應(yīng)的變形方式來進(jìn)行調(diào)節(jié)。而不同的運(yùn)行方式，在引入晶粒細(xì)化機(jī)制的時候，也存在一定的差異。在運(yùn)行時候當(dāng)多數(shù)的中、高層錯能立方結(jié)構(gòu)金屬主導(dǎo)的變形機(jī)制是進(jìn)行錯位的，那么相應(yīng)的晶粒細(xì)化就可以通過一系列的錯位運(yùn)動，而實現(xiàn)分割粗大的晶粒來實現(xiàn)。在小應(yīng)變量時，通過滑移開動的位錯逐漸累積，從而形成位錯。這樣分割的晶粒就會被分成不同的胞塊，從而使得區(qū)域內(nèi)部的錯密度相對較低。當(dāng)使用中等應(yīng)變量的時候，那么錯位不斷的吸收，使得之間的取向差在不斷增大，同時胞塊內(nèi)的新錯位不斷的生成，使尺寸也在減少。而在大變量的時候，那么取向差就會通過轉(zhuǎn)變來實現(xiàn)高角晶界。因此在應(yīng)變作用之下，一開始的大晶粒經(jīng)過錯位不斷演化，就會變成細(xì)小的晶粒。

（二）變形條件對晶粒細(xì)化的影響

在變形材料制作過程當(dāng)中，其應(yīng)變量不斷變化，會導(dǎo)致晶粒的尺寸也在不斷的變化。而到應(yīng)變量達(dá)到一定程度的時候，那么就會使應(yīng)變速率達(dá)到一定的動態(tài)平衡。如果繼續(xù)變化，那么就會使得晶粒尺寸保持不變，而晶粒之間的取向差也會逐漸趨于穩(wěn)定。當(dāng)應(yīng)變速率和溫度在材料制備當(dāng)中進(jìn)行變量的時候，那么會對材料的性質(zhì)進(jìn)行影響。通過降低相應(yīng)的速率，使得立方金屬能夠形成變形;反之當(dāng)溫度進(jìn)行升高或者是降低應(yīng)變速率的時候，那么材料也會通過位錯滑移來實現(xiàn)相關(guān)的屬性變形。而當(dāng)增加應(yīng)變速率以及降低變形溫度的時候，那么就會在材料當(dāng)中引入更高的錯位，并且形成了一定的動態(tài)恢復(fù)，使得更小的晶粒尺寸進(jìn)行生成。當(dāng)升高變形溫度的時候，那么相應(yīng)的運(yùn)動能力就會逐漸的增大，使得錯位更容易出現(xiàn)，降低了錯位密度，使晶粒的尺寸變大。

結(jié)束語：

塑性變形技術(shù)在不斷發(fā)展過程當(dāng)中，已經(jīng)成為了目前制備納米結(jié)構(gòu)最為廣泛的技術(shù)之一。而隨著技術(shù)大量利用，其中制備技術(shù)本身、變形材料結(jié)構(gòu)，以及可控制備的方法，仍然出現(xiàn)了很大的問題。尤其是在變型技術(shù)方面，應(yīng)該進(jìn)一步提高應(yīng)變速率和應(yīng)變梯度，來對于大尺寸納米材料的變形技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，從而實現(xiàn)對其的可控制備。此外，還需要研究應(yīng)變梯度中溫度對于晶粒細(xì)化的影響，從而找出其中的規(guī)律，為納米晶粒的進(jìn)一步形成以及機(jī)制提供優(yōu)化的方法。只有這樣，才能推動納米金屬材料的發(fā)展。

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