金属纳米结构材料的塑性变形制备技术分析与探讨

冯柳

摘 要：本文主要是通过对于制备纳米结构金属材料的塑性变形技术，其中就需要应用到大应变量变形技术、相应的高应变速率变形技术等等。通过对于变形的方式以及有关的参数来对微观结构下的晶粒细化相应的影响规律进行研究，从而对利用塑形变形技术制备纳米结构金属材料的发展趋势来进行进一步的探討，希望对相关人员有一定的借鉴意义。

关键词：金属纳米结构材料;塑性变形制备技术;分析

引言：

纳米材料的应用十分的广泛，它可以运用在日常的医疗、工业等等各种领域。而随着纳米材料的不断的进步，相关的研究人员就开始通过材料塑性变形的方式来制备相应的纳米结构金属材料。与其他的方法相比，塑形变形方法具有更加优良的特性，如材料内容广、不易引入空隙、减少污染等。而在上个世纪的时候，其相应的技术就已经得到了广泛的信用，并且已经发展成为一种相当有效的方法。与其一同发展的，还有许多制备超细晶和纳米结构材料的变形技术。这些技术当中，在处理变形时可以使几何尺寸不发发生改变，这样可以让纳米结构金属材料保持较好的特性，拥有更加广泛的应用面。

一、制备方法

（一）大应变量变形制备技术

第一，冷轧。在工业当中使用相当广泛的一种技术，便是冷轧技术。尤其是在纳米结构研究领域，冷轧作为一种制备超细晶和纳米结构材料的方法，其主要的原理是通过对于平板样品以及一定间距的转动，导致样品在厚度方向上出现压下量，而实现塑性变形。通过对于样品的轧辊次数的增加，使得塑形变形量不断的增大，并且将原来十分粗大的尺寸压缩为亚微米量级，甚至是纳米量级。之后，就可以通过进一步的增加，使晶粒的尺寸保持不变，从而取得相应的材料。

第二，累积叠轧。累计叠轧技术是通过对于冷轧技术的改进发展起来的，其原理是使用两块尺寸相同的平板，然后将表面处进行脱脂。之后将平板合并，并且在室温加热的过程当中实现扎制，这样当两块平板合成一块的时候，那么其压下量就可以大大的增加。最后在进行下一次的累积叠轧时，将其分成与之前尺寸相同的平板之后，重复上述的步骤，实现大应变量的累积叠轧，从而制作出相应的纳米材料。

（二）高应变速率变形制备技术

高应变速率变形制备技术，也就是动态塑形变形技术，这种方法是对于金属材料进行高应变速率冲击的过程当中，使其不断的变形。这样材料就可以进入到高密度的纳米错位缺陷，而缺陷通过相应的变动驱动来演化成纳米结构材料。动态塑性变形技术来制备纳米产品，可以实现在设备当中的高速运作。通过采取对于粘板上的样品进行不断的动态冲击，使材料发生压缩变形，在变形当中通过对于锤头的冲击力和位移的调整来进行记录，可以采用相应的电磁原理，可以在几毫米的距离就达到极快的速度，这样当冲击率达到每秒几至几十米的时候，那么就可以产生相应的变形。之后再经过多次的冲击，并且重复变形的步骤，那么最后就可以达到所需要的变形量。

在动态塑性变形处理过程当中，其采取的主要方式是错位滑移。通过低温动态塑性变形来获得错位胞平均尺寸，以及更小的取向差。这是通过对于低温和高应变速率变形来使得的错位密度不断的增加，从而有效地降低了动态回复，有利于形成更多的错位界面，来使晶粒得到更加多的细分。

二、应变导致的晶粒细化

（一）变形方式与晶粒细化的关系

当材料在进行制作过程当中，塑性变形会用相应的变形方式来进行调节。而不同的运行方式，在引入晶粒细化机制的时候，也存在一定的差异。在运行时候当多数的中、高层错能立方结构金属主导的变形机制是进行错位的，那么相应的晶粒细化就可以通过一系列的错位运动，而实现分割粗大的晶粒来实现。在小应变量时，通过滑移开动的位错逐渐累积，从而形成位错。这样分割的晶粒就会被分成不同的胞块，从而使得区域内部的错密度相对较低。当使用中等应变量的时候，那么错位不断的吸收，使得之间的取向差在不断增大，同时胞块内的新错位不断的生成，使尺寸也在减少。而在大变量的时候，那么取向差就会通过转变来实现高角晶界。因此在应变作用之下，一开始的大晶粒经过错位不断演化，就会变成细小的晶粒。

（二）变形条件对晶粒细化的影响

在变形材料制作过程当中，其应变量不断变化，会导致晶粒的尺寸也在不断的变化。而到应变量达到一定程度的时候，那么就会使应变速率达到一定的动态平衡。如果继续变化，那么就会使得晶粒尺寸保持不变，而晶粒之间的取向差也会逐渐趋于稳定。当应变速率和温度在材料制备当中进行变量的时候，那么会对材料的性质进行影响。通过降低相应的速率，使得立方金属能够形成变形;反之当温度进行升高或者是降低应变速率的时候，那么材料也会通过位错滑移来实现相关的属性变形。而当增加应变速率以及降低变形温度的时候，那么就会在材料当中引入更高的错位，并且形成了一定的动态恢复，使得更小的晶粒尺寸进行生成。当升高变形温度的时候，那么相应的运动能力就会逐渐的增大，使得错位更容易出现，降低了错位密度，使晶粒的尺寸变大。

结束语：

塑性变形技术在不断发展过程当中，已经成为了目前制备纳米结构最为广泛的技术之一。而随着技术大量利用，其中制备技术本身、变形材料结构，以及可控制备的方法，仍然出现了很大的问题。尤其是在变型技术方面，应该进一步提高应变速率和应变梯度，来对于大尺寸纳米材料的变形技术进行研发，从而实现对其的可控制备。此外，还需要研究应变梯度中温度对于晶粒细化的影响，从而找出其中的规律，为纳米晶粒的进一步形成以及机制提供优化的方法。只有这样，才能推动纳米金属材料的发展。

参考文献

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