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  2、23C 14/06(2006.01) (54)发明名称 一种应用于高端智能终端装备纳米梯度结 构制备方法 (57)摘要 本发明属于表面纳米化加工技术领域， 尤其 是一种应用于高端智能终端装备纳米梯度结构 制备方法， 其特征是， 包括如下步骤： S1样品表 面处理： 将样品放在机床上固定， 进行车削加工， 将样品的表明上进行车削直至表面平整， 然后再对 该表明上进行细磨处理降低表面的粗糙度； S2纳米 梯度结构制备： S21在常温下运用电解的方法在 纯铜试样表面制备多层纳米梯度结构， 其中晶粒 尺寸仅为30nm， 在对其进行轧制， 产品的延伸率 扩大到了5100%， 并且不产生加工硬化现象； S2。

  3、2 对样品表面进行超声波滚压处理； S23高能离子 注渗； S3样机装配测试。 本发明具备优越的先进 性、 可靠性、 安全性、 环保节能且智能化程度高等 优点， 技术明显优于传统数控加工设施的各项技 术指标。 权利要求书1页 说明书5页 CN 111411364 A 2020.07.14 CN 111411364 A 1.一种应用于高端智能终端装备纳米梯度结构制备方法， 其特征是， 包括如下步骤： S1样品表面处理： 将样品放在机床上固定， 进行车削加工， 将样品的表明上进行车削直至表面平整， 然后再 对该表明上进行细磨处理降低表面的粗糙度； S2纳米梯度结构制备： S21在常温下运用电解的方法。

  4、在纯铜试样表面制备多层纳米梯度结构， 其中晶粒尺寸 仅为30nm， 在对其进行轧制， 产品的延伸率扩大到了5100%， 并且不产生加工硬化现象； S22对样品表明上进行超声波滚压处理； S23高能离子注渗： 将样品钻孔， 利用铁丝穿过空洞将样品悬挂于注渗炉内； 调节电压至600V使炉内温度 保持在500-800， 通过注渗炉向样品的表面进行注渗碳化钨， 使得既能够达到很好的注渗 效果， 而且还可以不使得样品的晶粒粗大； 保温时间24h； S3样机装配测试： 将表明上进行纳米梯度制备后的样品进行样机装配， 在样机加工装配完成后， 对样机的 性能进行型式测试， 并对经过不同工艺参数的表面纳米化处理的工。

  5、件试样进行了显微结构 特征的观察分析实验。 2.依据权利要求1所述的一种应用于高端智能终端装备纳米梯度结构制备方法， 其特 征在于， 所述步骤S1中车削加工采用金刚石刀具对所述旋转的圆柱形金属材料工件的表面 进行车削加工的步骤中， 所述金刚石刀具的轴向速度为510mm/min； 所述金刚石刀具的长 度为890mm； 所述金刚石刀具的刀尖进入金属材料工件的加工深度为5100 m。 3.依据权利要求1所述的一种应用于高端智能终端装备纳米梯度结构制备方法， 其特 征在于， 所述纳米梯度结构组织由表面至芯部依次为纳米孪晶、 纳米晶、 超细孪晶、 超细晶、 变形粗晶和初始粗晶； 其中， 所述纳米孪晶的厚。

  6、度为10200 m， 所述纳米晶的厚度为20 1000 m， 所述超细孪晶的厚度为401800 m， 所述超细晶的厚度为502000 m， 所述变形粗 晶的厚度为803000 m。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111411364 A 2 一种应用于高端智能终端装备纳米梯度结构制备方法 技术领域 0001 本发明涉及表面纳米化加工技术领域， 尤其涉及一种应用于高端智能终端装备纳 米梯度结构制备方法。 背景技术 0002 一、 表面纳米化加工行业未来应用前景广阔。 0003 通常情况下， 金属零件的失效多源于表面， 随着工作过程的持续， 长期处在潮湿空 气或者水中的零件表面会出现腐蚀的情况；。

  7、 而做相对运动的两接触面之间会出现磨损的情 况； 工作在变应力条件下的零件会出现接触疲劳的情况， 在这个基础上， 产生了一门新的应 用工程， 即材料的表面工程， 通过表面工程的处理来延长金属材料的常规使用的寿命， 提高各种机 械性能。 0004 在对纳米技术探讨研究的基础上， 在普通的纳米材料中结合特定的处理技术， 包括组 合安装的方法、 特种加工技术、 强化处理等， 最终形成了这样一种新的工程， 我们叫做表 面纳米工程， 利用表面纳米化这一技术， 可以对工程中使用的许多种材料来处理， 来给材 料的表面赋予一层具有特殊性能的纳米层结构， 来提高它们的整体性能。 经过表面纳米化 处理的金属材料相比于未。

  8、经处理的金属材料， 在各方面的性能优势很明显， 常规使用的寿命也 更长。 具有纳米层结构的金属材料， 实际已拥有了纳米材料诸多特殊的性能， 包括了高硬 度、 高塑性、 良好的导热性、 耐腐蚀等， 这些性能涵盖了多数的多晶体材料的性能， 尽管这层 纳米层结构的厚度很有限， 但是随着研究的深入， 这并不是问题。 0005 近些年， 随着表面纳米化逐渐的受关注， 金属材料的表面纳米化在理论研究领域 之中克服了诸多困难， 已经取得了突破性进展， 井且被大范围的应用到了工程之中； 在对实现表面纳米化处理方法的研究中， 应用最为广泛的包括机械研磨处理、 超声微 粒轰击、 摩擦法等几种方法。 利用这一些方法， 已经。

  9、在低碳钢、 铜、 316L不锈钢等材料的表面制 备出了约10um-30um厚的纳米层， 明显提高了材料的表面综合性能。 0006 二、 国内外目前表面纳米化加工行业存在的瓶颈， 导致该行业技术没办法突破。 目前 国内外传统表面纳米化加工行业设施存在的主要瓶颈， 涉及主要内容如下： 1、 传统加工设施， 生产的全部过程 （包括研发、 设计） 中的每一个关键环节上的装备， 很难实现 智能化。 0007 2、 传统加工设施， 严重缺乏采用工业软件为代表的软装备， 包括CAD/CAE/CAM/ Pro/E/MES等这样的软件工具。 没有软装备， 就不可能有 “数字化、 网络化、 智能化” 。 0008 3、 。

  10、传统加工设施， 不能够实现生产的全部过程的智能化， 即不能够实现把内部网、 外部网连起 来， 不能变成一个智能物理系统 （CPS） 。 0009 本项目基于材料表面自身纳米化的原理， 开发设计了通过基于智能控制管理系统的压 电式往复加载复合大能量于金属材料表面的方法来对其进行表面纳米化数控加工的高端 智能装备。 在理论分析及设计的基础上， 进行了样机设计， 在样机加工装配完成后， 对样机 的性能进行型式测试， 并对经过不同工艺参数的表面纳米化处理的工件试样进行了显微结 说明书 1/5 页 3 CN 111411364 A 3 构特征的观察分析实验， 为表面纳米化的理论研究和新的基于智能控制管理系统的表面纳米化 。

  11、数控加工的高端智能装备的开发工作莫定了墓础。 发明内容 0010 本发明的目的是未解决现存技术中存在的缺点， 而提出的一种应用于高端智能 终端装备纳米梯度结构制备方法。 0011 为实现上述目的， 本发明采用了如下技术方案： 一种应用于高端智能终端装备纳米梯度结构制备方法， 包括如下步骤： S1样品表面处理： 将样品放在机床上固定， 进行车削加工， 将样品的表明上进行车削直至表面平整， 然后再 对该表明上进行细磨处理降低表面的粗糙度； S2纳米梯度结构制备： S21在常温下运用电解的方法在纯铜试样表面制备多层纳米梯度结构， 其中晶粒尺寸 仅为30nm， 在对其进行轧制， 产品的延伸率扩大到了5。

  12、100%， 并且不产生加工硬化现象； S22对样品表明上进行超声波滚压处理； S23高能离子注渗： 将样品钻孔， 利用铁丝穿过空洞将样品悬挂于注渗炉内； 调节电压至600V使炉内温度 保持在500-800， 通过注渗炉向样品的表面进行注渗碳化钨， 使得既能够达到很好的注渗 效果， 而且还可以不使得样品的晶粒粗大； 保温时间24h。 0012 S3样机装配测试： 将表明上进行纳米梯度制备后的样品进行样机装配， 在样机加工装配完成后， 对样机的 性能进行型式测试， 并对经过不同工艺参数的表面纳米化处理的工件试样进行了显微结构 特征的观察分析实验。 0013 优选的， 所述步骤S1中车削加工采用金刚石刀。

  13、具对所述旋转的圆柱形金属材料工 件的表面进行车削加工的步骤中， 所述金刚石刀具的轴向速度为510mm/min； 所述金刚石 刀具的长度为890mm； 所述金刚石刀具的刀尖进入金属材料工件的加工深度为5100 m。 0014 优选的， 所述纳米梯度结构组织由表面至芯部依次为纳米孪晶、 纳米晶、 超细孪 晶、 超细晶、 变形粗晶和初始粗晶； 其中， 所述纳米孪晶的厚度为10200 m， 所述纳米晶的 厚度为201000 m， 所述超细孪晶的厚度为401800 m， 所述超细晶的厚度为502000 m， 所述变形粗晶的厚度为803000 m。 0015 本发明中， 所述一种应用于高端智能终端装备纳米。

  14、梯度结构制备方法， 本项目成 功研制处首台基于智能控制管理系统的表面纳米化数控加工装备， 该装备工艺先进， 技术路线 合理， 具备优越的先进性、 可靠性、 安全性、 环保节能且智能化程度高等优点， 技术明显优于 传统数控加工设施的各项技术指标， 特别有利于基于智能控制管理系统的表面纳米化数控加工 高端智能装备首台突破的实施。 采用表面纳米化数控加工高端智能装备的工艺综合成本 低， 同时对表面纳米化数控加工高端智能装备的推广应用具有非常明显的社会效益， 经济效益 和环境效益。 可带动表面纳米化数控加工行业的新发展， 带动表面处理上下业,包括电 镀及表面处理行业， 五金行业， 机加工行业， 装备制造业、。

  15、 注塑行业， 化工、 炼业的转 型， 对环保可持续具备极其重大意义。 说明书 2/5 页 4 CN 111411364 A 4 具体实施方式 0016 下面将结合本发明实施例， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 0017 一种应用于高端智能终端装备纳米梯度结构制备方法， 包括如下步骤： S1样品表面处理： 将样品放在机床上固定， 进行车削加工， 将样品的表明上进行车削直至表面平整， 然后再 对该表明上进行细磨处理降低表面的粗糙度； S2纳米梯度结构制备： S21在常温下运用电解的方法在纯铜试样表面制备多层纳米。

  16、梯度结构， 其中晶粒尺寸 仅为30nm， 在对其进行轧制， 产品的延伸率扩大到了5100%， 并且不产生加工硬化现象； S22对样品表明上进行超声波滚压处理； S23高能离子注渗： 将样品钻孔， 利用铁丝穿过空洞将样品悬挂于注渗炉内； 调节电压至600V使炉内温度 保持在500-800， 通过注渗炉向样品的表面进行注渗碳化钨， 使得既能够达到很好的注渗 效果， 而且还可以不使得样品的晶粒粗大； 保温时间24h。 0018 S3样机装配测试： 将表明上进行纳米梯度制备后的样品进行样机装配， 在样机加工装配完成后， 对样机的 性能进行型式测试， 并对经过不同工艺参数的表面纳米化处理的工件试样进行了显微。

  17、结构 特征的观察分析实验。 0019 本发明中， 步骤S1中车削加工采用金刚石刀具对所述旋转的圆柱形金属材料工件 的表面进行车削加工的步骤中， 所述金刚石刀具的轴向速度为510mm/min； 所述金刚石刀 具的长度为890mm； 所述金刚石刀具的刀尖进入金属材料工件的加工深度为5100 m。 0020 本发明中， 纳米梯度结构组织由表面至芯部依次为纳米孪晶、 纳米晶、 超细孪晶、 超细晶、 变形粗晶和初始粗晶； 其中， 所述纳米孪晶的厚度为10200 m， 所述纳米晶的厚度 为201000 m， 所述超细孪晶的厚度为401800 m， 所述超细晶的厚度为502000 m， 所述 变形粗晶的厚度。

  18、为803000 m。 0021 本发明中， 表面纳米化数控加工高端智能装备在工程应用中可达到的实际效果： 由于纳米晶体材料具备尺寸极小的晶粒， 这就赋予了晶粒与晶界之间很多特殊的效 应， 例如表面效应、 量子尺寸效应等， 纳米材料相对于微米、 毫米级材料来说， 在很多方面也 体现出了优良的性能， 比如导热性、 磁阻性、 光的反射率等。 基于此， 纳米材料大范围的应用于材 料学与物理学之中。 0022 采用本项目基于智能控制管理系统的表面纳米化数控加工高端智能装备加工的纳米 梯度结构晶体材料具备的显著性能， 具体包括如下： 1） 强度 在传统的多晶材料中， 材料的强度 与晶粒尺寸d存在着一定的关系， 这。

  19、个关系我们称 之为Hall-Peteh关系， 即: = 0+kd-l/2其中， 0为强度常数， k为正的常数。 由上式可以看 出， 随着材料中晶粒尺寸的变小， 多晶材料的强度服从d-l左的规律增加。 本项目装备加工 的纳米梯度结构晶体材料的强度 同样遵循这个规律， 本项目梯度结构纳米晶体材料的强 度远大于传统的多晶材料。 说明书 3/5 页 5 CN 111411364 A 5 0023 2） 超塑性 材料的超塑性指的是对处于特殊条件下的普通材料， 通过拉伸的方式来使其拥有非常 强的延伸性能， 而且不会出现断裂的情况。 在研究者进行了大最的实验之后， 得出了一个结 论就是材料中晶界的滑移使得材。

  20、料具有了超塑性， 而假设中的位错滑移对材料的超塑性是 没有贡献的.若想通过晶界的滑移来给材料赋予超塑性， 那么很重要的一个条件就是晶粒 的尺寸一定是细小的， 只有晶粒的尺寸达到纳米级别， 才可能在常温下使得材料具备超塑 性。 本项目在常温下运用电解的方法在纯铜试样表面制备了一层纳米结构， 其中晶粒尺寸 仅为30nm， 在对其进行轧制， 产品的延伸率扩大到了5100%， 并且不产生加工硬化现象。 本项 目装备能在普通材料表层制各出具有超塑性的梯度纳米结构。 0024 3） 扩散性 纳米材料中徽细晶粒之间具有着密集的晶界， 这些晶界使晶粒的扩散能力大大增强， 这进一步使得纳米材料能够表现出较高的。

  21、扩散性。 通过本项目研究人员的实验验证， 晶粒 之间的扩散能力与多种因紊有关， 包括了氢元素的浓度、 缝隙的大小以及材料中包含的杂 质的扩散性。 本项目梯度纳米材料本身所呈现出的许多优良的性能都源自于其高扩散性， 例如梯度结构纳米材料的超塑性。 0025 4） 特殊的热学性质 粗晶粒构成的固体物质本身都是具有固定熔点的， 当其晶粒超微化处理后， 物质的熔 点就会降低。 以块状金晶体为例， 一般的情况下， 其熔点为1064， 对其进行超微化处理， 使得 金晶粒尺寸减小至10nm， 此时金的熔点降低至1037， 继续超微化处理， 晶粒尺寸缩小到 2nm时.金的熔点就会变为327。 除此之外， 测量发。

  22、现， 纳米级晶体材料的比热相比之晶粒 尺寸较大的粗晶体比热高得多。 本项目通过对纳米晶体材料的热线胀系数的测量实验发 现， 纳米晶Cu、 Pd和Ni-P合金的线膨胀系数大约为它们的单晶的两倍。 0026 5） 光学性质 红外线波长以及雷达微波的波长由于比纳米材料的晶粒尺寸大得多， 导致其透射率远 大于普通材料的透射率， 因此， 本项目梯度结构纳米材料的这个特性使得波在其中的反射 率大大减小。 另外， 普通纳米材料由于晶粒尺寸大， 所以其表面积要远小于纳米材料的表面 积， 导致纳米材料对红外线和微波雷达的吸收率增大， 结果是导致波反射率降低， 本项目的 梯度结构纳米晶体材料能够更好的起到一定的隐身能力。

  23、。 除此之外， 还可通过本项目梯度结构 纳米晶体材料超微粒子对光反射低的性能实现消光的能力， 并且提高对太阳能的吸收利 用， 提高光能转电能的效率。 另外， 本项目的梯度结构纳米晶体材料还具有许多粗晶粒材料 所不具有的宽频带强吸收特性、 非线性光学效应、 光伏效应以及在磁场作用下的发光效应 等特殊的性能。 0027 6） 电学性质 测量发现， 纳米金属材料等纳米级别材料的自身电阻值高， 依据实验结果预计纳米材 料中的电阻温度系数， 可以认为其可能是负的， 只是并没有观察到。 研究表明， 虽然纳米氧 化物的电导的特性很小， 不过对于纳米材料来说， 它的电导性随着温度的变化而有非常明 显的变化。。

  24、 因此， 通过改变化合物中具备比较好的电导性的成分就可以在一定程度上完成对其电导性进行 数量级的改变。 另外， 当将一些纳米金属材料置于强磁场中时， 可以导致它们的电阻显著降 低， 但是将普通材料置于强磁场中时， 电阻降低仅有百分之一左右， 具有这种特性的材料成 说明书 4/5 页 6 CN 111411364 A 6 为巨磁阻材料。 0028 综上所述， 本项目梯度结构纳米材料自身相比块状晶体材料所具有的各种显著优 异特性， 高性能梯度结构纳米材料及其基于智能控制管理系统的表面纳米化数控加工高端智能 装备的工程应用未来市场发展的潜力广阔。 0029 以上所述， 仅为本发明较佳的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内， 根据本发明的技术方案及其 发明构思加以等同替换或改变， 都应涵盖在本发明的保护范围以内。 说明书 5/5 页 7 CN 111411364 A 7 。