一种铜锌合金的表面强化处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铜锌合金的表面强化处理方法，属于金属材料的加工技术领域。
【背景技术】
[0002]铜和铜合金因具有优秀的导电性、导热性、观赏性、耐蚀性和良好的机械性能等优点而大规模应用于信息通讯、机械制造、电气、电子、建筑、化工、能源、国防工业等现代工程技术领域。各种电子产品、家用电器、工业设施等都离不开铜和铜合金产品，它们已经是生产及生活中不可替代的重要工程材料。
[0003]铜锌合金有良好的力学性能、工艺性能和耐蚀性，有的还有较高的导电性及切削加工性能，是铜合金中用途最广泛的材料。随着工业技术的快速发展，传统的加工方法已经逐渐难以满足对高性能材料的需求，对铜锌合金的强度和塑性也提出了更高的指标。目前常用大塑性变形方法如等径角挤压、高压扭转、叠乳等来制备超细晶粒金属材料，通过大幅细化晶粒尺寸，形成大量晶界有效地阻碍位错运动，使得强度可以得到极大提高，但块体超细晶材料室温拉伸塑性却很低。高强度和高塑性成为一对相矛盾的特性，目前的制备方法通常在一定程度上以牺牲塑性或强度的方式来提高其部分力学性能，而无法真正达到二者的优化结合。
[0004]表面纳米化通过采用非平衡处理方法来增加多晶材料表面的自由能，从而使表面晶粒尺寸逐渐减小，在外加载荷的重复作用下，经过不同方向的强烈塑性变形，材料表面的粗晶组织逐渐细化，最终达到纳米量级。表面纳米化后材料的晶粒尺寸沿着厚度方向逐渐增大，材料的外形尺寸基本保持不变，而且表面纳米层与基体之间不存在明显的界面，不会出现界面污染和剥离等现象，为纳米技术和常规材料相结合提供了更优的途径。
[0005]本发明利用高能球磨机对铜锌合金板材进行表面纳米化处理，制备表面具有纳米-超细晶粒的梯度结构材料，表层具有极高的强度、硬度，而芯部仍保留较高的塑性，晶粒的梯度变化使得采用该方法处理的铜锌合金具有极优异的性能。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种铜锌合金的表面强化处理方法，改变铜锌合金板材表面层为稳定的超细晶的梯度材料，从而制备出综合力学性能优异的梯度铜锌合金的方法，该方法加工工艺简单，具体包括以下步骤:
(1)将铜锌合金板材于800~850°C的温度下退火1~2小时；
(2)将步骤(I)所得板材进行表面抛光，随即对抛光后的铜锌合金板材在真空或液氮环境下进行表面纳米化处理，得到高强度和高塑性的铜锌合金。
[0007]本发明步骤(2)中所述在真空环境下处理时，处理温度为室温。
[0008]本发明步骤(2)中所述表面纳米化处理过程使用高能球磨机完成，试验频率为20~50Hz，钢球为100-200颗，直径8~10_，处理时间5~30min。
[0009]本发明的有益效果是: 本发明所述表面强化处理方式通过对铜锌合金表面进行高应变速率撞击，使得表面晶粒逐步细化形成梯度晶粒结构，在变形过程中表面细晶粒层与粗晶基体相互协调，多种机制相互配合，有效避免了结构特征尺寸突变引起的性能突变，从而使铜锌合金板强度和塑性同时得到提高，其屈服强度提升2倍以上且能保持很好的延伸率，处理方式简单，易于实现连续化生产，产品质量稳定，设备资金投入比较少，维护方便，拓宽了铜锌合金的应用范围。
【附图说明】
[0010]图1是实施例1~4制备得到的铜锌合金板材与退火态板材的室温拉伸曲线比较。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和【具体实施方式】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。
[0012]实施例1
(1)将铜锌合金板材于800°c的温度下退火2小时；
(2)将步骤(I)所得板材进行表面抛光，对抛光后的铜锌合金板材(质量百分比为30%，板材的厚度为2mm)在液氮环境下进行表面纳米化处理，试验频率为50Hz，钢球为100，直径8_，处理时间5min。
[0013]制备的表面纳米化铜锌板材具有较高的强度和良好的塑性，屈服强度可达230Mpa,均匀延伸率达到36%。
[0014]实施例2
(1)将铜锌合金板材于850°C的温度下退火I小时；
(2)将步骤(I)所得板材进行表面抛光，对抛光后的铜锌合金板材(质量百分比为30%，板材的厚度为2mm)在液氮环境下进行表面纳米化处理，试验频率为20Hz，钢球为100，直径10_，处理时间15min。
[0015]制备的表面纳米化铜锌板材具有很高的强度和较好的塑性，屈服强度可达265Mpa,均匀延伸率达到30%。
[0016]实施例3
(1)将铜锌合金板材于825°C的温度下退火1.5小时；
(2)将步骤(I)所得板材进行表面抛光，对抛光后的铜锌合金板材(质量百分比为30%，板材的厚度为2mm)在真空环境下进行表面纳米化处理，试验频率为25Hz，钢球为180，直径9_，处理时间20min。
[0017]制备的表面纳米化铜锌板材具有很高的强度和良好的塑性，屈服强度可达335Mpa,均匀延伸率达到24%。
[0018]实施例4
(I)将铜锌合金板材于800°C的温度下退火I小时；
(2 )将步骤(I)所得板材进行表面抛光，对抛光后的铜锌合金板材在真空环境下进行表面纳米化处理，试验频率为35Hz，钢球为200，直径8mm，处理时间30min。
[0019]制备的表面纳米化铜锌板材具有很高的强度和良好的塑性，屈服强度可达 350Mpa,均匀延伸率达到23%。
【主权项】
1.一种铜锌合金的表面强化处理方法，其特征在于，具体包括以下步骤: (1)将铜锌合金板材于800~850°C的温度下退火1~2小时； (2)将步骤(I)所得板材进行表面抛光，随即对抛光后的铜锌合金板材在真空或液氮环境下进行表面纳米化处理，得到高强度和高塑性的铜锌合金板。2.根据权利要求1所述铜锌合金的表面强化处理方法，其特征在于:所述铜锌合金中锌的质量百分比为30%，铜锌合金板材的厚度为2mm。3.根据权利要求1所述铜锌合金的表面强化处理方法，其特征在于:步骤(2)中所述表面纳米化处理过程使用高能球磨机完成，试验频率为20~50Hz，钢球为100-200颗，直径8~10mm，处理时间 5~30mino
【专利摘要】本发明公开一种铜锌合金的表面强化处理方法，属于金属材料加工技术领域；本发明将铜锌合金板材于800~850℃的温度下退火1~2小时，在真空环境或液氮环境利用高能球磨机对退火后的铜锌合金板材进行表面纳米化处理，用100~200颗直径8~10mm的钢球撞击变形，频率20~50Hz，时间5~30min，从而制得高强度高塑性并具有良好稳定的梯度纳米铜锌合金材料；本发明所述方法制备过程简单，可获得强度为传统退火铜锌合金2倍以上且能保持良好塑性的板材；本发明制备的高强度高塑性铜锌合金板材料在迅速发展的电子通信、航空航天、武器装备等行业有很大的应用空间。
【IPC分类】C22F1/08
【公开号】CN105063524
【申请号】CN201510458885
【发明人】朱心昆, 殷喆
【申请人】昆明理工大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月31日