工业液压机和等通道角挤压（ECAP）模具的结合作为一个高力机制，从根本上改变复合材料的微观结构。液压机提供将复合材料“生坯”推过ECAP模具锐角所需的关键高吨位挤压力。这个过程使材料承受强烈的机械应力，产生静态压制无法实现的微观结构变化。
起作用的核心机制是严重的塑性剪切应变，它粉碎晶粒结构并剥离氧化层，从而促进基体和增强颗粒之间紧密、高强度的扩散键合。
微观结构细化的力学原理
复合材料的改进依赖于将原始液压转化为特定的微观结构行为。
产生严重的塑性剪切应变
液压机将材料强制通过一个以特定角度弯曲的模具通道。当材料通过这个拐角时，它会经历巨大的剪切变形。
与传统挤压不同，坯料的横截面尺寸保持不变，允许多次通过以累积应变。
基体晶粒细化
这种剪切应变的一个主要结果是基体晶粒的细化，特别是在铝等材料中。
强烈的变形将粗大晶粒分解为细晶粒结构。这是一个经典的Hall-Petch强化机制，其中较小的晶粒阻碍位错运动，从而提高屈服强度。
打破氧化物屏障
在许多复合材料中，特别是铝基复合材料，颗粒表面的天然氧化膜会阻止真正的结合。
ECAP模具施加的剪切力会物理上断裂并打碎这些氧化物薄膜。这会暴露出下方清洁、具有反应活性的金属表面。
促进扩散键合
一旦氧化层被去除，液压机产生的高压会将基体和增强颗粒（如高熵合金）推入紧密接触。
这促进了紧密的扩散键合界面。其结果是，与通过常规烧结加工的复合材料相比，该复合材料具有更高的密度和结构完整性。
操作关键点和权衡
虽然液压ECAP工艺提供了优越的材料性能，但它也带来了一些必须管理的特定加工限制。
高吨位力的必要性
这个过程能耗高。液压机必须能够提供高吨位力，并且这种力要足够稳定，以克服材料在转动模具角度时产生的巨大摩擦和流动应力。
力不足将导致加工不完全或坯料在模具内卡住。
温度敏感性
虽然主要机制是机械剪切，但压机的温度起着辅助作用。
正如在更广泛的液压压制背景下所指出的，温度决定了材料的形态。在ECAP中，温度必须足够高以降低流动应力并防止开裂，但又必须足够低以避免发生会抵消晶粒细化益处的再结晶。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地发挥液压机和ECAP模具组合的效用，请将您的工艺参数与具体的材料目标相匹配。
- 如果您的主要重点是最大强度：优先通过模具进行多次挤压以累积剪切应变，确保液压机保持恒定的速度以防止应变局部化。
- 如果您的主要重点是颗粒结合：确保压机吨位足够，能够完全断裂氧化物薄膜，从而在基体和增强相之间形成致密、无孔隙的界面。
液压力和ECAP模具几何形状之间的协同作用将松散的颗粒聚集体转化为统一的高性能结构复合材料。
总结表：
| 特征 | 机制 | 对微观结构的影响 |
|---|---|---|
| 剪切变形 | 通过模具角度产生的严重塑性应变 | 将粗大晶粒粉碎成细晶粒结构 |
| 氧化物去除 | 强烈的机械摩擦/断裂 | 打碎表面薄膜，暴露出反应性金属表面 |
| 高压 | 工业液压吨位 | 促进紧密、无孔隙的扩散键合 |
| 多次通过能力 | 恒定的坯料横截面 | 允许累积应变以实现最大程度的增强 |
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参考文献
- Changbao Huan, Yan Liu. Properties of AlFeNiCrCoTi0.5 High-Entropy Alloy Particle-Reinforced 6061Al Composites Prepared by Extrusion. DOI: 10.3390/met12081325
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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