铜晶粒细化研究现状细化晶粒是金属材料强韧化的重要手段之一，它可以有效地提高材料的综合力学性能。尤其是当金属材料的晶粒尺寸减小到纳米尺度时，金属展现出更加优异的力学性能。超细晶材料由于晶粒细小（0.1~1μm），具有大量的晶界面积，而且晶界很不完整，包含高密度的晶体缺陷，即高密度晶界位错和晶界附近的弹性畸变区，在晶界4~5nm的区域范围出现晶格畸变和高密度位错，不规则排列的小平面或台阶构成锯齿形晶界，由于晶界附近的弹性畸变，在透射电镜下观察到的晶界非常混乱，这种晶界处于高能，非平衡态。由于超细晶材料中的大量晶界处于热力学亚稳态，在适当的外界条件下将向较稳定的亚稳态或稳定态转化，一般表现为晶粒长大、相变或固溶脱溶。68057

目前，微纳米金属材料的制备工艺主要包括：（1）惰性气体冷凝法：将材料在惰性气体气氛下蒸发，蒸发出的金属原子与惰性气体碰撞后动能降低，通过热对流输运到液氮冷却的旋转冷底板的表面，形成疏松粉末。收集后的粉末在高真空下冷压制成块体材料。（2）机械球磨法：通过磨球与料罐之间的碰撞，使粉末发生塑性变形、加工硬化和破碎。粉碎的粉末在随后的球磨过程中发生冷焊合，再次被破碎，合金化并使晶粒不断细化至纳米级。随后将粉末加压成型便可制得纳米块体材料。（3）非晶晶化法：将非晶材料作为前驱材料，经过适当热处理，使其转变成纳米尺度的多晶材料材料。（4）电解沉积法：通过在阴\阳极之间施加电压(直流、脉冲)，沉积纳米量级的金属。上述方法工艺简单，对设备要求不高，生产效率较高，适用材料范围广，经济性好，比较适合于科学研究，但是其产物尺寸较小，均以薄膜形式存在，难以在工业上获得应用。为了获得块体纳米金属材料，目前多采用剧烈塑性变形法，主要制备手段包括等径角变形(Equal channel Angular Pressing, ECAP)，大比率挤压(挤压比100以上)，旋压法(Torsion Straining)，循环挤压法(Cyclic Extrusion, CEC)等。上述方法均可以制备出块体材料，但对设备要求较高，制备的材料均匀性较差，晶粒分布不均匀且多属于微米尺度范围，同时易于在材料中引入织构，降低了材料了应用价值。论文网

2  ECAP下的纯铜性能

现在已有人将ECAP的方法运用于纯铜。在魏伟的《块体超细晶铜的制备与组织性能研究》中，他通过ECAP的方法，可以使块体超细晶金属发生强烈塑性变形。他自行设计了ECAP实验装置，并成功制备了12×12×80mm的块体超细晶纯铜，晶粒尺寸～0．2μm。纯铜经过ECAP（Φ=90°，Ψ=22°）变形后，随变形道次增加，纯铜拉伸强度增大，延伸率降低，1道次ECAP后拉伸强度达到300MPa，是退火态的2.3倍，延伸率则从退火态的54％降低到23％；4道次ECAP后，拉伸强度达到420MPa，是退火态的3.3倍，延伸率～30％，并趋于饱和。ECAP纯铜在随后的轧制变形过程中，拉伸强度随轧制压下量的增加近乎线性增大。ECAP+CR纯铜在保持延伸率不降低的情况下，屈服强度明显高于ECAP纯铜，2道次ECAP纯铜的屈服强度为348MPa，而2道次ECAP+83％CR纯铜的屈服强度为422MPa。纯铜在ECAP及随后的轧制变形中出现了加工硬化-软化的饱和现象，即流动应力随变形量增加先迅速增大，而后趋于饱和。认为这是由于变形量达到一定程度后。晶粒尺寸和孪晶宽度不再明显细化，位错密度趋于饱和的结果。

3锻压下的纯铜性能

在张继东的《大塑性变形对纯铜力学性能的影响》中，对纯铜在室温下进行了锻压的大变形加工。将直径16mm的无氧铜棒材在40kg空气锤的作用下连续模锻到直径为6.5mm。然后，对变形后的纯铜样品进行了拉伸和硬度测试,并采用扫描电镜对拉伸试样的断口进行了分析。研究结果表明:经过大变形后,由于纯铜的晶粒得以细化,抗拉强度、屈服强度、硬度和断裂延伸率都显著增加。纯铜的平均硬度和平均抗拉强度分别能达到88.7Hv和408.5MPa。纯铜的平均延伸率能达到8.5%，显著高于普通冷加工后的纯铜的延伸率。