一种超细晶金属箔材电脉冲辅助微拉伸工艺的制作方法

本发明属于金属材料塑性成形技术领域，特别涉及一种超细晶金属箔材电脉冲辅助微拉伸工艺。

背景技术：

随着微电子领域的快速发展，微成形领域得到国际社会的广泛关注。人们致力于通过各种工艺与技术制备出高性能的微成形件。特别是，随着人们对工件重量降低需求的增加，对箔材厚度减薄、性能提升的需求快速增加。

超细晶金属材料在过去二十年得到科研人员和工程师们的广泛重视。将晶粒平均尺寸在100nm～1μm范围内时定义为超细晶材料。超细晶金属材料具有传统材料所不具备的优异性能，比如高强度、高冲击韧性、高应变速率、高抗蠕变性能等。剧烈塑性变形是制备超细晶金属材料的主要方法，其主要包括高压扭转、等径角挤压、多向锻造、累计叠轧、深冷异步轧制等。其目的为将晶粒尺寸剪切至小于1μm，从而获得超细晶金属材料。

超细晶金属材料塑性加工面临的一大瓶颈是如何解决材料的强度与材料韧性之间的冲突，宏观上来看，强度与韧性是相悖的，若获得更高强度，必然要牺牲一定的韧性。如何实现超细晶金属箔材在微成形制造过程中不发生断裂行为是科研人员和工程师们强烈的需求与挑战。传统上可以通过加热使材料塑性变形能力增强，但是，加热过程中使材料晶粒尺寸增加，从而材料的强度必将降低。对于一部分金属材料，比如铝合金材料，可以通过深冷加工，在不降低晶粒尺寸的同时，能够具有好的塑性变形能力。但是，对于镁合金、不锈钢等金属材料则无法通过深冷成形，因为，这些材料在深冷环境下是脆性的，无法进行塑性成形。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超细晶金属箔材电脉冲辅助微拉伸工艺，以期实现超细晶金属材料箔材微拉深杯的室温制备，并在一定程度上提升产品质量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种超细晶金属箔材电脉冲辅助微拉伸工艺，包括：

第一步：以轧制制备的超细晶金属箔材带材为原料，根据深拉伸杯的尺寸将其加工成相应宽度；

第二步：将进行宽度加工后的带材放在卷曲机上；

第三步：通过传动辊将带材送到冲压裁剪机上，将其加工成盘片；

第四步：将脉冲电源的正极和负极分别接在微深拉伸设备的上模和下模，开启脉冲电源，脉冲电源的电流为1-5000a、脉宽为50-100μs、频率为1-300hz，脉冲电源参数控制根据盘片的材料和尺寸进行确定；

第六步：将加工好的盘片放入，在室温环境下进行电脉冲辅助微拉深变形，生产出高性能的超细晶金属微拉深杯。

所述超细晶金属箔材带材的厚度为4-300μm。

所述超细晶金属箔材带材的材料为铝合金、铜合金、不锈钢或镁合金。

与现有技术相比，本发明可实现超细晶金属材料箔材微拉深杯的室温制备，且所得产品具有超细晶晶粒，因而厚度更薄、性能更好，可以降低现有金属材料微拉深杯重量、提升微拉伸杯质量和使用寿命，机械性能大大提升。本发明适合于制备超细晶铝合金、铜合金、不锈钢、镁合金等微拉深杯。该微拉深杯在微电子等领域具有广阔前景。

附图说明

图1是本发明制备流程示意图，上面的虚线框为超细晶金属箔材带材连续化剪切工序，下面的虚线框为电脉冲辅助微拉伸成形工序。

图2是本发明实施例1中微深拉伸模具的形状尺寸示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

本发明一种超细晶金属箔材电脉冲辅助微拉伸工艺，主要原理为利用脉冲电流作用，使得超细晶金属的韧性得到大幅提升，同时，脉冲电流作用并不大幅度升高超细晶金属材料的温度，因而在塑性成形后并不改变材料的晶粒尺寸。从而可实现材料强度不降低同时塑性大幅度提升。与此同时，利用微拉深成形技术，即可制备出直接应用的高性能零部件。

参考图1，本发明的具体步骤如下：

第一步：以轧制制备的超细晶金属箔材带材1为原料，其厚度在4-300μm之间。超细晶金属箔材主要包括铝合金、铜合金、不锈钢、镁合金等材料。

第二步：根据深拉伸杯的尺寸将超细晶金属箔材带材1加工成适当的宽度，宽度根据待制备的零件尺寸进行调整。

第三步：将超细晶金属箔材带材1放在卷曲机上。

第四步：通过传动辊2将超细晶金属箔材带材1送到冲压裁剪机上，在剪切机上模3和剪切机下模4的作用下，将其加工成尺寸适当的圆盘片5。

第五步：将脉冲电源6的正极和负极分别接在微拉伸设备的上模7和下模9上。开启脉冲电源6，脉冲电源6的电流为1-5000a、脉宽为50-100μs、频率为1-300hz，脉冲电源参数控制根据盘片的材料和尺寸进行确定。

第六步：将加工好的圆盘片5放入上模7和下模9之间，垫上采用绝缘体制备的微拉伸压垫8，在室温环境下进行电脉冲辅助微拉深变形，生产出高性能的超细晶金属微拉深杯10。

在本发明的一个具体实施例1中，以厚度为0.1mm的平均晶粒尺寸为300nm的超细晶t2铜箔材为原料，其宽度加工为1.3mm，利用冲压裁剪机将其加工成直径为1.1mm的圆盘片，脉冲电源的电流为1000a、脉宽为50μs、频率为200hz，模具的形状尺寸参考图2，最终得到直径为0.8mm超细晶t2铜拉伸杯，杯高约为0.2mm。经过室温脉冲电流辅助微拉深变形制备的拉伸杯的晶粒尺寸仍旧为300nm，保持了材料的强度。

技术特征：

1.一种超细晶金属箔材电脉冲辅助微拉伸工艺，其特征在于，包括：

第一步：以轧制制备的超细晶金属箔材带材为原料，根据深拉伸杯的尺寸将其加工成相应宽度；

第二步：将进行宽度加工后的带材放在卷曲机上；

第三步：通过传动辊将带材送到冲压裁剪机上，将其加工成盘片；

第四步：将脉冲电源的正极和负极分别接在微深拉伸设备的上模和下模，开启脉冲电源，脉冲电源的电流为1-5000a、脉宽为50-100μs、频率为1-300hz；

第六步：将加工好的盘片放入，在室温环境下进行电脉冲辅助微拉深变形，生产出高性能的超细晶金属微拉深杯。

2.根据权利要求1所述超细晶金属箔材电脉冲辅助微拉伸工艺，其特征在于，所述超细晶金属箔材带材的厚度为4-300μm。

3.根据权利要求1或2所述超细晶金属箔材电脉冲辅助微拉伸工艺，其特征在于，所述超细晶金属箔材带材的材料为铝合金、铜合金、不锈钢或镁合金。

技术总结
一种超细晶金属箔材电脉冲辅助微拉伸工艺，以轧制制备的超细晶金属箔材带材为原料，根据深拉伸杯的尺寸将其加工成相应宽度；将进行宽度加工后的带材放在卷曲机上，通过传动辊将带材送到冲压裁剪机上，将其加工成盘片，将脉冲电源的正极和负极分别接在微深拉伸设备的上模和下模，开启脉冲电源，脉冲电源参数控制根据盘片的材料和尺寸进行，将加工好的盘片放入，在室温环境下进行电脉冲辅助微拉深变形，生产出高性能的超细晶金属微拉深杯，本发明可实现超细晶金属材料箔材微拉深杯的室温制备，且所得产品具有超细晶晶粒，因而厚度更薄、性能更好，可以降低现有金属材料微拉深杯重量、提升微拉伸杯质量和使用寿命，机械性能大大提升。

技术研发人员：喻海良;罗开广;顾昊;崔晓辉
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2020.02.17
技术公布日：2020.07.03