技术背景

　　单纯依赖某一两种强化机制来提升材料的综合性能是十分有限的，将多种机制有机组合，不仅能充分挖掘材料的性能，也是材料科学发展的必然趋势。

大塑性变形( severe plastic deformation，SPD)

　　在金属的成形过程中将超大塑性应变应用于一定体积的金属中以获得超细晶材料的过程，其本质是细晶强化。通过大的塑性变形使材料的位错密度增加，形成位错壁，将位错壁转化为大角度晶界，从而获得超细晶组织以及控制形成不同的织构。该技术已经在制备各种超细晶材料领域获得了广泛的应用。

发展历史

　　20 世纪70 年代初期，前苏联科学家Segal 教授及其合作者最早提出并研究了获得纯剪切变形的等通道转角挤压技术，即ECAP (EqualChannel Angular Pressing) 技术，将其作为制取超细晶( 亚微米晶和纳米级晶粒组织) 材料的新方法在各国得到进一步的研究和应用．

　　Valiv 等在1989 年发明了HPT( High Pressure Torsion) 技术.

　　Saito 等在1998 年发明了ARB( Accumulative Roll Bonding) 技术．

SPD材料制备方法共同特征：

　　(l) 形成了具有大角晶界的细化晶粒结构; (2) 为了保证性能的稳定, 在整个材料内部或材料表层形成均匀一致的纳米结构; (3) 样品经过了很大的塑性变形, 但是不能产生机械损伤或裂纹。可以看出, 只有采用特殊的加载方式以及合适的时间, 在较低温度下使常规块体材料或其表层产生剧烈塑性变形才能达到上述要求。

等通道角挤压( Equal Channel AngularExtrusion，ECAE)

　　ECAE 技术是由前苏联科学家Vladimir Segal在1977 年提出。ECAE 是由两个相交的等径通道和一个冲头组成，由于变形前后试样的截面尺寸没有发生变化，因而可以进行多次挤压变形，进而增加累计转角剪切应变，具有显著的晶粒细化和弱化织构的效果。

循环挤压( Cyclic Extrusion Compression，CEC)

　　CEC 由Ｒichert 和Ｒichert 最早提出并发展起来的一种SPD 方式。CEC 模具是由上下两个冲头和一个圆柱形模具组成，圆柱型模具具有上下两个等直径d0的腔体且采用小直径dm截面相连接，每一道次CEC 变形均包含挤压和压缩两个变形阶段，将试样放入通道经过N 次循环挤压达到与原始试样尺寸相同的任意的大应变变形量，如通过15 道次变形可累计应变高达23.5，极大的促使镁合金发生充分的DRX，达到细化晶粒的目的。

高压扭转( High Pressure Torsion，HPT)

　　高压扭转( HighPressure Torsion，HPT) 是一种有效改善组织结构的SPD 技术，HPT 的工作原理如图4所示，由一个圆盘薄板试样放置于基体和压头之间，在压头上通过静水压力施加几个GPa 的压强，同时基体旋转，使得试样在基体和压头之间同时承受压力和旋转扭矩的影响而产生扭转剪切变形，发生充分的DＲX，进而细化晶粒。

叠轧合技术 (Accumulative Roll Bonding, ARB)

　　日本学者Saito 等提出了一种新的制备纳米结构材料的大塑性变形方法——叠轧合技术。在ARB中，轧制件经过多次裁剪、堆叠、轧制, 由此获得大塑性变形，经ARB变形的Al-Mg 合金(晶粒尺寸为280 nm)的延伸率高达220 %；IF 钢(晶粒尺寸为420nm)的拉伸强度达到870 MPa，是原始材料强度的3倍多。此外，采用ARB 还可以制备块体纳米结构复合材料。

技术局限性

　　实际上，相比较于传统加工技术与材料，尽管SPD 制备的超细晶金属材料有较好的机械和物理性能，但其在结构材料方面的应用仍然很有限．原因在于: 首先，虽然有大量的学者着力于对SPD 和超细晶材料的研究，但仍然以学术研究为主，缺乏超细晶材料制备过程的工业实现意识。其次，超细晶材料制备往往受限于模具，制备尺寸大的( 大型) 工业零件十分困难且成本高。最后，普遍而言，SPD 方法工艺过程复杂，成本较高，目前还难以与现有工业生产相匹配。

--本文摘自《金属材料科学与技术》