一種在錫青銅中獲得高比例特殊晶界的加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種在錫青銅中獲得高比例特殊晶界的加工方法，利用線切割工具將錫青銅，沿軋向、橫向、法向分別切取20、9和3毫米工件數(shù)塊，然后將所述工件置于400~800℃環(huán)境中保溫0.5~5h，再將其水淬至室溫；再用200~2500#金相砂紙逐級(jí)打磨，再經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光；然后在拋光液中進(jìn)行電解拋光，拋光溫度為?20~?30°C，拋光電壓為9 V，拋光時(shí)間為90s。本發(fā)明的加工方法，經(jīng)測(cè)試分析，在完全再結(jié)晶退火溫度前隨退火溫度的升高，特殊晶界的比例顯著增高；本發(fā)明提供的熱處理工藝獲得的織構(gòu)穩(wěn)定，變化規(guī)律明顯，實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性好；熱處理工藝操作方便，設(shè)備簡(jiǎn)單，技術(shù)可靠，效率高。
【專利說(shuō)明】
_種在錫青銅中獲得局比例特殊晶界的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種在錫青銅中獲得高比例特殊晶界的加工方法，該方法是通過(guò)熱處理工藝在錫青銅合金材料中獲得高比例特殊晶界，屬于晶界工程領(lǐng)域。
[0002]【背景技術(shù)】:
對(duì)多晶材料而言，晶界是一種最重要的微觀結(jié)構(gòu)，與工程材料中各物理、化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)。1984 Watanabe提出“晶界控制與設(shè)計(jì)”的概念，通過(guò)在材料中提高低Σ-CSL晶界的比例、控制材料的晶界特征分布的辦法來(lái)提高材料與晶界有關(guān)的整體性能，隨后發(fā)展出“晶界工程”(Grain Boundary Engineering，GBE)這一概念。特殊晶界(Special Boundaries ,SBs)通常指重位點(diǎn)陣晶界。其中重位點(diǎn)陣(Coincidence Site Lattice，CSL)指的是將兩個(gè)無(wú)限延伸，具有相同點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)晶體中的一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)晶體繞某一低指數(shù)的晶軸旋轉(zhuǎn)某特殊角度時(shí)，這兩個(gè)晶體點(diǎn)陣中的某些陣點(diǎn)位置會(huì)有規(guī)則的重合起來(lái)，這些重合位置的陣點(diǎn)在空間將構(gòu)成三維空間的超點(diǎn)陣。重位點(diǎn)陣模型定義了兩晶體之間的取向差關(guān)系但沒(méi)有定義晶界面所處的晶體幾何學(xué)關(guān)系。由于到目前為止測(cè)定晶體取向的常用設(shè)備，比如EBSD，只能測(cè)定取向差，而無(wú)法定出晶界面所處的晶體幾何學(xué)關(guān)系。另一方面，材料中除了共格孿晶界外大部分的晶界是彎曲的，即使能夠確定晶界面的晶體學(xué)參數(shù)，也會(huì)因?yàn)榫Ы缑娴膹澢粩嗟淖兓?，這給完全定義晶界的幾何參數(shù)，即定義所有自由度帶來(lái)難度。雖然目前有研究結(jié)果表明可以用單一截面跡線分析法和五參數(shù)晶界面測(cè)定法較為有效的定義晶界面的晶體幾何學(xué)關(guān)系，它們是基于概率統(tǒng)計(jì)的方法定義晶界面指數(shù)的，要廣泛應(yīng)有還不成熟。所以，目前大部分的研究工作幾乎都只使用取向差來(lái)描述晶界，即用重位點(diǎn)陣模型的Σ值來(lái)表示晶界的特征?；谥匚稽c(diǎn)陣模型，將晶界分為低Σ -CSL晶界和隨機(jī)晶界。低Σ -CSL晶界是指Σ <29的晶界。而隨機(jī)晶界是指一般大角度晶界和Σ >29的CSL晶界。有不少實(shí)驗(yàn)工作證明，低Σ-CSL晶界具有優(yōu)于隨機(jī)晶界的特性，比如有更低的晶界自由能，更好的抗晶界偏聚，更好的耐腐蝕性能，更好的抗晶界滑移性能等。
[0003]目前晶界工程研究主要集中于低層錯(cuò)能的面心立方金屬材料，基于退火孿晶的形成來(lái)提高這類材料低Σ-CSL晶界的比例。所以在晶界特征分布中有相當(dāng)高比例退火孿晶(Σ 3晶界)。所以又稱基于退火孿晶的晶界工程。該領(lǐng)域研究的內(nèi)容主要包括:研究控制并提高低Σ -CSL晶界比例的加工工藝方法及機(jī)理;研究晶界相關(guān)的一些性能與低Σ -CSL晶界比例及其空間分布關(guān)系。本發(fā)明將提供一種在錫青銅中獲得高比例特殊晶界的加工方法，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、技術(shù)可靠、效率高和可重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明提供了一種在錫青銅中獲得高比例特殊晶界的加工方法，以實(shí)現(xiàn)通過(guò)熱處理方法來(lái)獲得高比例特殊晶界的目的。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種在錫青銅中獲得高比例特殊晶界的加工方法，利用線切割工具將收獲態(tài)材料，所述收獲態(tài)材料具體是將冷變形量為5%?40%的錫青銅板材沿乳向、橫向、法向分別切取20、9和3毫米工件數(shù)塊，然后將所述工件在400?800° C環(huán)境中退火;退火工藝為先將工件置于400?800°C環(huán)境中保溫0.5?5h，再將其水淬至室溫;再用200?2500#金相砂紙逐級(jí)打磨，再經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光(2.5ymSiC噴霧拋光劑)；然后在拋光液中進(jìn)行電解拋光，拋光溫度為-20?-30° C，拋光電壓為9 V，拋光時(shí)間為90s。拋光液可以為現(xiàn)有技術(shù)中的合適液體;本發(fā)明提供一種磷酸和去離子水混合液的拋光液，其體積比為:70 %的磷酸，30 %的去離子水。
[0006]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明所提供的一種在錫青銅中獲得高比例特殊晶界的加工方法，經(jīng)測(cè)試分析，在完全再結(jié)晶退火溫度前隨退火溫度的升高，特殊晶界的比例顯著增高。本發(fā)明所提供的在錫青銅中獲得高比例特殊晶界的加工方法，是在研究QSn6熱處理過(guò)程中的織構(gòu)變化規(guī)律的基礎(chǔ)上形成的，測(cè)試結(jié)果顯示，本發(fā)明提供的熱處理工藝獲得的織構(gòu)穩(wěn)定，變化規(guī)律明顯，實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性好。熱處理工藝操作方便，設(shè)備簡(jiǎn)單，技術(shù)可靠，效率高。
[0007]
【附圖說(shuō)明】:
圖1為實(shí)施例提供收獲態(tài)錫青銅合金材料在熱處理前后特殊晶界比例變化圖；圖2為實(shí)施例提供(8)收獲態(tài)錫青銅合金材料和經(jīng)過(guò)(13)400°(:，((3)500°(:，((1)600°(:，(e)700°C和(f)800°C熱處理Ih后的晶界重組圖，(f)中箭頭為被連貫孿晶和隨機(jī)高角度晶界分割的典型片段。
[0008]【具體實(shí)施方式】:
以下將結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0009]本發(fā)明提供了一種在錫青銅中獲得高比例特殊晶界的加工方法，其特征在于包括如下步驟:
利用線切割工具將錫青銅材料，所述錫青銅材料具體是將冷變形量為5%?40%的錫青銅板材，沿乳向、橫向、法向分別切取工藝要求的長(zhǎng)度，獲得立體狀工件數(shù)塊，如沿乳向、橫向、法向分別切取20、9和3毫米，獲得長(zhǎng)方體塊狀工件，然后將所述工件在400?800° C環(huán)境中退火;退火工藝為先將工件置于400?800°C環(huán)境中保溫0.5?5h，再將其水淬至室溫;再用200?2500#金相砂紙逐級(jí)打磨，依次用200#、400#、800#、1000#、1500#、2000#和3000#砂紙打磨；再經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光，如采用2.5ymSiC噴霧拋光劑;然后在拋光液中進(jìn)行電解拋光，拋光溫度為-20?-30° C，拋光電壓為9 V，拋光時(shí)間按照工藝要求設(shè)定，為60—200s。拋光液可以為現(xiàn)有技術(shù)中的合適液體;本發(fā)明提供一種磷酸和去離子水混合液的拋光液，其體積比為:60-78%的磷酸，22—40 %的去離子水;較優(yōu)配比為70 %的磷酸，30 %的去離子水。具體的保溫溫度，可以選取400。(:、420。(:、450。(:、480。(:、500。(:、510。(:、530。(:、550。(:、560。(:、580。(:、600。(:、620 0C、650 0C、680 °C、700 °C、710 °C、730 °C、750 °C、760 °C、780 °C、800 °C 等，具體的保溫時(shí)間，可以選取0.511、0.811、1.011、1.511、1.811、2.011、2.311、2.511、2.711、3.011、3.211、3.511、3.811、4.0h、4.5h、5h等，都能滿足本發(fā)明的需要。
[0010]圖1中列出了各種特殊晶界長(zhǎng)度在總晶界長(zhǎng)度中所占的百分比，圖中的SBs(Special boundaries)即代表特殊所占比例情況。對(duì)于未進(jìn)行晶界優(yōu)化的材料，其特殊晶界的比例通常小于30%(例如應(yīng)該圖中As-received狀態(tài)樣品)。而從圖1可以看出，當(dāng)退火溫度超過(guò)500° C后，特殊晶界的比例可超過(guò)60%甚至最高達(dá)75%，因此是高比例的(或理解為單位體積內(nèi)的晶界密度很高)。
[0011]圖2中黑色線條表示普通晶界，灰色和藍(lán)色線條都表示特殊晶界(Σ3特殊晶界)。圖2(a)為形變后未經(jīng)退火處理的樣品的晶界分布圖，可以代表傳統(tǒng)方法處理后各種晶界的分布情況;而(b-f)分別對(duì)應(yīng)分別進(jìn)行400-800°C(以100°(:為間隔)優(yōu)化退火后樣品的情況。可以看出，當(dāng)退火溫度超過(guò)500°C以后，灰色和藍(lán)色線條所代表特殊晶界的數(shù)量和密度均顯著增加。
[0012]本發(fā)明的形變退火處理能得到低Σ-CSL晶界，獲得高比例特殊晶界，其機(jī)理如下:對(duì)于層錯(cuò)能較低的面心立方結(jié)構(gòu)金屬，在形變退火過(guò)程中會(huì)發(fā)生偶然的原子面錯(cuò)排，產(chǎn)生{111}孿晶(具有Σ 3特殊晶界)，而后續(xù)的保溫過(guò)程中這種Σ 3特殊晶界會(huì)與其他運(yùn)動(dòng)的普通晶界相互作用而產(chǎn)生增值，進(jìn)而使得低Σ-CSL晶界(特別是是Σ3η，η=1，2，3)顯著增加。
[0013]最后需要說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制技術(shù)方案，盡管
【申請(qǐng)人】參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，那些對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種在錫青銅中獲得高比例特殊晶界的加工方法，其特征在于包括以下步驟: (1)工件的準(zhǔn)備: 利用線切割工具將冷變形量為5%?40%的錫青銅板材沿乳向、橫向、法向分別切取一定長(zhǎng)度，獲得立體結(jié)構(gòu)工件數(shù)塊； (2)工件的熱處理: 將工件經(jīng)過(guò)400?800° C環(huán)境中退火，其退火工藝為先將工件置于400?800°C環(huán)境中保溫0.5?5h，再將其水淬至室溫； (3)工件的拋光: 將熱處理后的工件依次經(jīng)過(guò)200?2500#金相砂紙逐級(jí)打磨，然后經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光;最后再在-20?-30° C電解拋光液中電壓9V條件下電化學(xué)拋光設(shè)定時(shí)間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在錫青銅中獲得高比例特殊晶界的加工方法，其特征在于:在步驟(I)中，錫青銅板材沿乳向、橫向、法向分別切取20、9和3毫米，獲得長(zhǎng)方體工件。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在錫青銅中獲得高比例特殊晶界的加工方法，其特征在于:在步驟(3)中，所述的拋光液，組分的體積比為:70 %的磷酸，30 %的去離子水。
【文檔編號(hào)】C25F3/22GK106011710SQ201610392219
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月6日
【發(fā)明人】柴林江, 李志均, 王姝儼, 楊緒盛, 黃偉九
【申請(qǐng)人】重慶理工大學(xué)