连续等通道角挤压（C-ECAP）通过严重的塑性变形和强烈的剪切应变，极大地增强了纯铜的强度。该设备通过将铜棒挤压通过特定角度的模具（通常为120°），将材料的内部晶粒结构细化至纳米尺度。这一过程显著提高了机械性能并消除了残余孔隙，同时保留了金属的导电性。
C-ECAP通过施加严重的剪切应变，将粗晶粒铜转化为高强度纳米材料，将晶粒尺寸减小到100 nm以下。这种微观结构的细化在不影响材料基本导电性的前提下，将硬度提高了约158%，抗拉强度提高了95%。
强化机制
施加剪切应变
C-ECAP设备的核心功能是诱导纯剪切应力。压力机将铜棒驱动通过一个包含两个以特定角度（如120°或135°）相交的通道的模具。
大量的位错累积
当材料通过这个角度时，会经历强烈的机械应力。这会在铜的晶格结构中产生大量的位错（缺陷）。
晶界的演变
随着时间的推移，这些累积的位错会重新组织并演变成新的晶界。这是驱动整体材料强化的基本机制。
尺寸不变
与轧制或拉拔等会使材料变薄的工艺不同，C-ECAP不会改变坯料的横截面尺寸。这使得材料可以多次通过设备进行应变累积而不会改变形状。
微观结构转变
纳米级细化
严重的塑性变形会断裂纯铜中传统的粗大晶粒。这会将晶粒细化至超细的纳米尺度，特别是小于100 nm。
消除孔隙
如果铜经过了等静压等预处理步骤，可能含有微观空隙。C-ECAP的压力和剪切会有效地封闭这些间隙，消除残余孔隙，从而获得更致密的最终产品。
理解权衡
强度与导电性
在传统冶金学中，提高金属的强度通常会显著降低其导电性。
C-ECAP的优势
C-ECAP的独特之处在于它绕过了这种常见的权衡。它在机械性能方面提供了巨大的提升——抗拉强度提高95%，硬度提高158%——同时铜保持了其高导电性。
设备复杂性
虽然结果优越，但该工艺需要专门的液压机，能够提供可控、高强度的冲压力，将材料驱动通过角度模具。
为您的目标做出正确选择
要确定C-ECAP是否是您铜元件的正确加工方法，请考虑您的具体性能要求：
- 如果您的主要关注点是机械耐久性：利用C-ECAP在易磨损环境中获得标准铜近两倍的抗拉强度和超过1.5倍的硬度。
- 如果您的主要关注点是电气效率：使用此方法增强结构完整性，而不会牺牲高性能电力传输所需的高导电性。
C-ECAP提供了一种罕见的工程解决方案，成功地解除了机械强度和电气性能之间的传统依赖关系。
总结表：
| 属性 | C-ECAP之前 | C-ECAP之后 | 改进 |
|---|---|---|---|
| 晶粒尺寸 | 粗大/微米级 | 超细（<100 nm） | 纳米级细化 |
| 硬度（HV） | 标准基准 | 约158%的增长 | 显著硬化 |
| 抗拉强度 | 标准基准 | 约95%的增长 | 强度接近翻倍 |
| 导电性 | 高 | 保持 | 变化可忽略 |
| 内部结构 | 多孔/标准 | 致密/无孔隙 | 零孔隙 |
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参考文献
- Leila Ladani, Terry C. Lowe. Manufacturing of High Conductivity, High Strength Pure Copper with Ultrafine Grain Structure. DOI: 10.3390/jmmp7040137
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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