一种表面双峰和晶粒尺寸双重异质结构铜锌合金的制备方法

1.本发明涉及一种表面双峰和晶粒尺寸双重异质结构铜锌合金的制备方法，涉及通过表面处理制作强度高、塑性好的铜合金的方法。


背景技术：

2.铜合金材料由于其良好的塑性、导电性、导热性和低成本的特性而被广泛的应用于生活中的各行各业。在电子器件、机械制造、航空航天和建筑化工等领域都能见到铜合金的身影，如：电力工业中的电线电缆、变压器、定子、转子等：汽车行业中的散热器、液压装置、刹车片、垫圈等；飞机中的起落架轴承、配线、液压、冷却系统等。
3.传统的铜合金都存在强度和塑性不匹配的关系，塑性好，然而其强度较低。目前传统的大塑性变形制备方法如：累计叠扎、高压扭转在一定程度上牺牲其塑性来提高强度，而无法得到强度和塑性的平衡。
4.为了解决这种强度和塑性不匹配的问题，用表面纳米化的方法使表面晶粒尺寸减小来优化其力学性能。传统的表面纳米化技术由于表面处理时间较长，其塑性大大降低。本发明使用高能球磨机对铜合金板材进行表面短时处理，制备了一种表面双峰和晶粒尺寸双重异质结构铜锌合金板材，其力学性能相对于未处理的铜合金板材大大提高，其屈服强度提高2.5倍，塑性基本保持不变。这种方法工艺流程简单，设备成本低廉、产品可靠性好。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种表面双峰和晶粒尺寸双重异质结构铜锌合金的制备方法，通过改变表面晶粒尺寸提高铜合金的力学性能；该方法工艺简单、成本低，具体工艺流程包括如下步骤：将轧制后的铜合金基板进行退火处理，然后进行表面打磨抛光去掉表面油污和氧化层，将铜合金板材在液氮环境下进行短时表面纳米化处理，表面纳米化处理时间为1min，最后得到表面双峰和晶粒尺寸双重异构铜合金，得到强度高、塑性好的铜合金板材。
6.优选的，本发明所述退火处理的条件为在700℃下进行2个小时退火处理。
7.优选的，本发明所述表面纳米化处理在高能球磨机中进行，试验频率为50hz，钢球数量为208颗，直径为8mm。
8.本发明的优势在于：本发明是对铜合金进行短时表面纳米化处理，钢球对铜合金表面进行高速轰击，本发明首次发现处理时间较短，在表面形成双峰结构且其晶粒尺寸从表面到心部逐渐增大，得到一种表面双峰和晶粒尺寸双重异质结构的铜合金。
9.在力学试验拉伸过程中表面双峰硬区和软区、表面细晶和心部粗晶之间的相互协同、多种变形机制结合作用，使铜合金的力学性能得到提高，屈服强度提高2.5倍的同时还能保持良好的塑性。本发明工艺流程简单、成本低、易于实现工艺化生产，大大提高了铜合金的使用范围。
附图说明
10.图1为本发明得到的铜合金板材与退火态原始样品在室温条件下的拉伸曲线对比。
11.图2为表面处理时间为1min的铜合金表面双峰结构硬度图。
12.图3为表面处理时间为1min的铜合金表面到心部金相图。
具体实施方式
13.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
14.实施例1（1）将铜锌合金（锌质量百分比为20%，厚度为3mm）在700℃下退火2个小时。
15.（2）随后将退火后的铜锌合金板材进行打磨，在液氮环境下进行短时表面纳米化处理，高能球磨机频率为50hz，钢球数量为208颗，钢球直径为8mm，表面纳米化处理时间分别为1min、2min、3min、5min。
16.1min表面纳米化制备得到的表面双峰和晶粒尺寸双重异构铜合金屈服强度和极限抗拉强度都得到提高，同时还保持了良好的塑性；其屈服强度和极限抗拉强度分别达到180mpa和315mpa，均匀延伸率达到了39%。
17.2min表面纳米化得到的晶粒尺寸异质结构铜锌合金有较高的屈服强度和极限抗拉强度，但其塑性降低了，其屈服强度和极限抗拉强度分别达到218mpa和320mpa，均匀延伸率达到了34.5%。
18.3min表面纳米化得到的晶粒尺寸异质结构铜锌合金有较高的屈服强度和极限抗拉强度，但其塑性也降低了，其屈服强度和极限抗拉强度分别达到225mpa和325mpa，均匀延伸率达到了33%。
19.5min表面纳米化得到的晶粒尺寸异质结构铜锌合金有较高的屈服强度和极限抗拉强度，但其塑性大幅度降低，其屈服强度和极限抗拉强度分别达到235mpa和345mpa，均匀延伸率达到了26%。
20.通过对比可以看出：对铜合金进行短时表面纳米化处理，在表面形成双峰结构且其晶粒尺寸从表面到心部逐渐增大，得到一种表面双峰和晶粒尺寸双重异质结构的铜合金。在力学试验拉伸过程中表面双峰硬区和软区、表面细晶和心部粗晶之间的相互协同、多种变形机制结合作用，使铜合金的力学性能得到提高，屈服强度提高2.5倍的同时还能保持良好的塑性。


技术特征：
1.一种表面双峰和晶粒尺寸双重异质结构铜锌合金的制备方法，其特征在于：将轧制后的铜合金基板进行退火处理，然后进行表面打磨抛光，将铜合金板材在液氮环境下进行短时表面纳米化处理，表面纳米化处理时间为1min，最后得到表面双峰和晶粒尺寸双重异构铜合金。2.根据权利要求1所述表面双峰和晶粒尺寸双重异质结构铜锌合金的制备方法，其特征在于：退火处理的条件为在700℃下进行2个小时退火处理。3.根据权利要求1所述表面双峰和晶粒尺寸双重异质结构铜锌合金的制备方法，其特征在于：所述表面纳米化处理在高能球磨机中进行，试验频率为50hz，钢球数量为208颗，直径为8mm。

技术总结
本发明公开了一种表面双峰和晶粒尺寸双重异质结构铜锌合金的制备方法，属于材料制备技术领域。本发明所述方法将轧制后的铜合金基板进行退火处理，然后进行表面打磨抛光，将铜合金板材在液氮环境下进行短时表面纳米化处理，表面纳米化处理时间为1min，最后得到表面双峰和晶粒尺寸双重异构铜合金。本发明是对铜合金进行短时表面纳米化处理，钢球对铜合金表面进行高速轰击，本发明首次发现处理时间较短，在表面形成双峰结构且其晶粒尺寸从表面到心部逐渐增大，得到了屈服强度为退火态铜合金2倍以上且塑性基本保持不变的双重异质结构铜锌合金。锌合金。


技术研发人员：张正洪 朱心昆
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2022.10.27
技术公布日：2022/12/30