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機(jī)械合金化粉末的制備工藝及球磨參數(shù)研究
張欽 2024/8/9 21:35:16
胡春林
（淮安生物工程高等職業(yè)學(xué)校 江蘇淮安 223002）
樣刊請(qǐng)寄：江蘇省淮安市淮安區(qū)湖心寺路18號(hào) 13770398470
摘要：在現(xiàn)代材料科學(xué)領(lǐng)域，機(jī)械合金化粉末作為一種重要的制備技術(shù)，已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。其制備工藝包括選擇原材料、混合粉末、球磨處理、篩分處理、熱處理、氣氛控制和包裝儲(chǔ)存等步驟，為探究球磨參數(shù)對(duì)機(jī)械合金化粉末的影響，研究進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，隨著高能球磨時(shí)間的延長(zhǎng)，不同元素晶格常數(shù)變化率稍有不同，但都呈增加的趨勢(shì)。當(dāng)Ti-9Mg合金的轉(zhuǎn)速為170 r/min時(shí)，Ti的X衍射峰的寬度明顯寬于轉(zhuǎn)速為110r/min時(shí)的情況。這些研究結(jié)果對(duì)于進(jìn)一步優(yōu)化合金粉末制備工藝和提高材料性能具有一定的指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞：機(jī)械合金化；球磨參數(shù)；制備工藝
引言
機(jī)械合金化是一種固態(tài)加工技術(shù)，通過(guò)高能球磨使金屬或合金粉末經(jīng)歷反復(fù)焊接、斷裂和重新焊接的過(guò)程，從而得到具有優(yōu)異性能的納米晶或非晶合金[1]。機(jī)械合金化技術(shù)為新型合金的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)有效的手段。在機(jī)械合金化過(guò)程中，球磨參數(shù)（如球磨時(shí)間、球磨速度、球料比等）對(duì)粉末的粒度、形貌和晶體結(jié)構(gòu)有著顯著的影響，進(jìn)而影響其最終的物理和化學(xué)性能，因此選擇合適的球磨參數(shù)以獲得期望的粉末特性是一個(gè)機(jī)械合計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題[2-3]。研究首先介紹了機(jī)械合金化技術(shù)主要步驟，并詳細(xì)闡述了其三種主要的機(jī)理反應(yīng)，然后介紹了在機(jī)械合金化過(guò)程中幾個(gè)主要的影響因素，并對(duì)探究了球磨轉(zhuǎn)速、球磨時(shí)間以及不同含量PCA機(jī)械合金化的影響。研究旨在研究不同球磨參數(shù)對(duì)粉末性能的影響，為選擇合適的球磨參數(shù)提供參考。
1 機(jī)械合金化技術(shù)主要步驟
機(jī)械合金化粉末的制備工藝是一種通過(guò)機(jī)械力將金屬或非金屬粉末混合并合金化的過(guò)程[4]。以下是機(jī)械合金化粉末的制備工藝的一般步驟。第一步選擇原材料，選擇所需的金屬或非金屬粉末作為原材料。這些粉末可以是單質(zhì)粉末，也可以是合金粉末。根據(jù)需要，可以選用不同粒度、不同成分的粉末。第二步混合粉末，將選定的粉末通過(guò)混合機(jī)進(jìn)行混合，以使其成分均勻。混合機(jī)的類型和操作條件可以根據(jù)具體需要進(jìn)行選擇。第三步球磨處理，將混合后的粉末放入球磨機(jī)中，與磨球一起進(jìn)行高能球磨。球磨過(guò)程中，粉末之間的機(jī)械力使得它們發(fā)生合金化反應(yīng)，同時(shí)粉末的粒度也會(huì)減小。第四步篩分處理，球磨后的粉末需要進(jìn)行篩分，以去除過(guò)大或過(guò)小的顆粒。一般采用振動(dòng)篩分機(jī)進(jìn)行篩分。第五步熱處理，為了消除粉末內(nèi)部的應(yīng)力并促進(jìn)合金化反應(yīng)的進(jìn)行，需要對(duì)篩分后的粉末進(jìn)行熱處理。熱處理溫度和時(shí)間可以根據(jù)具體需要進(jìn)行選擇。第六步氣氛控制，在某些情況下，為了防止粉末在制備過(guò)程中被氧化，需要進(jìn)行氣氛控制。例如，可以采用惰性氣體保護(hù)或真空環(huán)境等方法。第七步包裝與儲(chǔ)存，制備好的機(jī)械合金化粉末可以進(jìn)行包裝和儲(chǔ)存，以備后續(xù)使用。一般采用真空包裝或干燥密封包裝。最后還需要進(jìn)行表征分析，對(duì)制備的機(jī)械合金化粉末進(jìn)行詳細(xì)的表征分析。這包括但不限于粉末的粒度分布、形貌觀察、晶體結(jié)構(gòu)分析、化學(xué)成分分析、物理性能測(cè)試等。通過(guò)這些表征分析，可以評(píng)估粉末的質(zhì)量和合金化程度，驗(yàn)證制備工藝的有效性，并對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)
2 機(jī)械合金化技術(shù)機(jī)理及影響因素
械合金化技術(shù)通過(guò)球磨設(shè)備中的磨球轉(zhuǎn)動(dòng)，將外部能量傳遞到粉末顆粒中，從而改變其形貌并使其逐漸細(xì)化。在球磨過(guò)程中，粉末受到磨球的撞擊、摩擦、震動(dòng)和斷裂等作用，使粉末顆粒內(nèi)部能量增加。這個(gè)過(guò)程可以分為三種主要的機(jī)理反應(yīng)，即界面反應(yīng)、擴(kuò)散機(jī)理和冷焊-破碎機(jī)理。界面反應(yīng)在粉末顆粒表面發(fā)生，導(dǎo)致表面能增加，這種能量增加為后續(xù)的合金化過(guò)程提供了必要的動(dòng)力，推動(dòng)了合金化的進(jìn)行。擴(kuò)散機(jī)理是指球磨過(guò)程中粉末界面間發(fā)生相互擴(kuò)散，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。在球磨過(guò)程中，由于粉末顆粒內(nèi)部能量的增加，原子開(kāi)始在粉末顆粒內(nèi)部遷移，促進(jìn)了不同元素之間的相互作用，形成了飽和固溶性粉末。這種擴(kuò)散過(guò)程的進(jìn)行使得合金化的過(guò)程更加均勻和穩(wěn)定。冷焊-破碎機(jī)理是一個(gè)重要的過(guò)程，它影響著粉末顆粒的形狀和大小。在這個(gè)過(guò)程中，粉末顆粒經(jīng)歷了一系列的變化和相互作用，逐漸趨于均勻。這種均勻化不僅發(fā)生在顆粒的形狀上，也發(fā)生在顆粒的大小上。這一過(guò)程的進(jìn)行不僅使粉末顆粒更加均勻，而且促進(jìn)了合金化的進(jìn)行，提高了合金的性能和質(zhì)量。當(dāng)這個(gè)過(guò)程達(dá)到平衡狀態(tài)后，將會(huì)形成均勻細(xì)小的粉末顆粒，這些顆粒具有良好的燒結(jié)活性和優(yōu)異的物理、化學(xué)性能，為后續(xù)的工藝步驟提供了良好的原料基礎(chǔ)。在這個(gè)階段，延長(zhǎng)球磨時(shí)間對(duì)于粉末的細(xì)化已經(jīng)沒(méi)有太大的意義了。因?yàn)榇藭r(shí)粉末顆粒已經(jīng)足夠細(xì)小且均勻，進(jìn)一步延長(zhǎng)球磨時(shí)間只會(huì)增加能源的消耗而不會(huì)對(duì)粉末的細(xì)化產(chǎn)生太大影響。因此，機(jī)械合金化技術(shù)是一種高效、環(huán)保的材料制備（未完，下一頁(yè)）
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