机械工程材料的新型制备方法朱心昆程抱昌林秋实陈铁力昆明理工大学材料科学与工程系云南昆明650093金化法及其诱导自蔓延法制备10的过程和影响因素。
10自蔓延机械合金化1引言1是，犹畛溆凇董1的密排六方面体间隙形成具，峁梗，化学量比的充型化合物，很稳定，熔点3523是具有定金属特征光汴。导电性汶的难熔物，具有很的硬度显微硬和耐腐蚀等特性，此外1还具有良好的导电性，因此1是种非常有用的非氧化物陶瓷，常用来制备基硬质合金或用作增强相的高强度高导电性的金属基复合材料。传统的制备方法主要是通过0高温还原的氧化物或其它化合物和0兀素的直接化介或在碳氢化合物蒸气中加热乃最近两种新技术自蔓延法5册和机械合金化诱导自蔓延法，己经成功地用于制备，238法制备1 2.188法制备丁，姆从与1反应的71为32远远大于1的溶点1945幻，可认为1的形成机制妃通过和1液相反应，燃烧合成时首先发生的熔化，并包围颗粒在接触面形成丁碳的浓度以接近碳端的方向逐渐提高而的浓度则向端的方向逐渐提高，浓度梯度的存在驱使0从相反培点提高175063150，当高于燃烧温度时，丁便从溶液析出141男41岁教授硕士19991213收到初稿2000120收到修改稿2.2影响形成1的因素对10！研究很多，和河1研究过的燃烧反应，数，1七1和0出抓631从燃烧和波速研究了14反应的动力学和1800K，所以自蔓延能发生，1为间充型化合物，是种非化学计量比的化合物，在8册法制备中即使反应物0瓜摩尔比1.00而产物粒子组成3中戈0.96！反应物粒户的大小不会影响产物0丁的比例和定压力产物的，人相对密度但丁产物的晶粒度随反应物粒子的减小而减小，并随着产物，的，大而降低，因为反应达到了1的熔点以上，含量的，大，大了，幕疃，占湟灾劣谠黾恿税在的流动性，结构的，Ц癯J，大而1大，因为免型化合物，随，谵间隙中的，多晶格常数定增大4！由名反应的绝热温度732瓜，象34和等绝大多数元素都能挥发出去，产物的纯度增加，燃烧波速随粒子尺寸的降低而增加5.点火温度随丁粒尺寸的降低而降低，若反应物粒子过人则难以点燃或点燃后燃烧不稳记3机械合金化法，点制备1 3.1传统肘六法生成机理与的球磨初期都是粉末粒度不断减小，晶粒逐渐细化，形成片层状复合粒子结构，因曰日胞的轴率比，为1.587比理想1的1.633小得多，其原子最密集晶面为组互不平行的1面，沿移面增多。塑性5，故球磨初期易形成片层状组织片层达到定的极限尺寸及反应物粉末间的充分接触是在球磨过程发生反应并延续扩散反应偶，使得扩散距离人人缩短。同时粉末颗粒变形。产4应力和应变，致使颗粒内产生大量缺陷，这显著降低了元素的扩散激活能，使组元在低温厂可显著地相互扩散所以厘人法能使。在常温下无需外界加热就能发生反应如果外界条件引起的局部温升不能诱发5把模式反应，原子则按传统河人方式通过界面逐渐扩散生成，由于和0反应物之的接触血枳和反应物通过生成物相的扩散，扩散的影响因素有缺陷的结构和密度温度产物形态及沾沾而反应物本身粒子的尺寸形状。
组成和化学性质也有很大影响粉末细化形成的界面能和冷1导致的晶格畸变能使体系的自由能捉高，是进扩故反应的职动力71大量纳米晶界等缺陷的存作扩人广在沾体的固溶度足进了在1中的扩散当片层状的1化复合粒子形成后1胃般他以检测到儿真，的衍射峰发生偏移。，这层状界面上斤始发生固态扩散反应形成1新相7，随反应的进行反应物相逐渐消失。
3.2机械诱发自蔓延反应心1法生成机理与，从，任露雀撸，追⑸，缌曳从Μ被引发基本上按516梭式立即反应完，称之为厘3印反应或机械合金化法燃烧合成79，是形成化复合粒子；第阶段即进入1应阶段，随着第阶段晶粒尺寸的降低反应物接触面反应焓变和反应物微观结构如品粒尺寸的函数降1球磨机械能造成整个粉末周围环境的温升和球与球之间碰撞温升之和7必需大于7，河3只反应才能引发，这是个非常必要的条件，球球之间的碰撞温升在23351！7的降低情况与反应物随球磨时间的升高，其晶粒度的降低是致的，球磨初期7下降，但随时间的延长刀及应升高。乃可以通过球磨机参数如转速球的大小球磨机的冷却等工艺条件加以控制及与球磨时间的关系1般在77时反应发生如果乃小于7只能按传统的方式逐渐生成当发生后，人部分原料粉末己反应完毕此时粉末颗粒变形+均匀，存在少量较大的粉末颗粒。且疏松的颗粒之间接球磨时间触面积较小。从而导致反应的不完全性。进步球磨进入第阶段。品粒继续细化上状结构变得更加梢细，达到临界尺寸，逐步生成所需产物随着时间延长1扣晶粒度变小，然而颗粒度会变大，主要是由于品粒纟1化后产生大量的晶界能。使粉末聚集降低能量随着时间延长了般能达到纳米晶，达不到非晶7.可能是因为1为结构的晶体存在较多的滑移血，其应力迪过大量滑移带的形成而释放；粒较硬不易破碎，难以聚积起足够的应变能使体系的自由能厂非晶的山能而向非晶转变3.3球磨工艺的影响丁1反应是按1还是传统的及产品形态主要取决于球磨机的类型及输入功率磨球的密度及直径球料比过程控制剂，了1和0原料形态及配比外界环境温度等因3.3.1磨球影响如果球的直径和密度过小，球的质量轻则对物料的冲击力弱，反应是渐近式的，反应时间要延长，而不是象3模式引燃后迅速完成若比例恰当有，能发生热，式反应若球的直抒太大。则装球的个数太少，因而撞击次数减少，磨削面积减少，也使球磨效率降低3.3.2球料比及料的多少影响般球料比大，球磨能量高，们球料比过大则磨削面积不够，+能很好地磨细粉末，1要延研磨时间球料比过小则球与球之间碰撞加多，会带来杂质装料过多磨球没有足够的空间加速，影响碰撞时3.3.31和的比例影响延性石墨含量的降低，使钛晶粒细化过程加快，达到515反应所的临界尺寸的时间缩短。因此孕育期缩短，而由于1的生成热随碳含试的降低而减小。接导致了反应速度的降低从而延长了反应制得的，中1摩尔之比不超过。96的界限，可以达到很高，过量的碳特别是在搅拌式球磨机中能起到润滑剂的作用，而且碳能被固溶到钛中去，形成过饱和固溶体，能加快通过反应以的速率，推动1在过饱和固溶体中析出，但过量的碳会影响工的性能任种过量太多的反应物在球磨过程中都充当了稀释剂的作用，降低局部温升，减缓粉末间的焊合过程，会延长反应时间。
3.3.4球磨机冷却介质的影响在反应系统中如果采取水冷。则反应体系程控制剂硬脂酸的熔化上，乃几不可能通过局部反应引发整个反应，也难以通过从，罨，垒逐渐生成我们用水冷的搅扑式球磨机中球磨3队只能使，固溶于中形成固溶体，无1生成，但在同种情况不水冷反应约在1发生3.3.5过程控制剂和不同球磨机的影响在晶粒细化的过程中整个系统的比面能很高，粉末会聚集和粘附在磨球农面及球磨面罐壁上，是种系统自由能降低的过程，磨球面旦粘附1粉末粒子势必影响磨球能量向粉末的传递，从而影响效率用以往往球磨机中加入过程控制剂，且过程控制剂还会对产物粉末的形态反应过程和出粉率产生彩响，液体过程控制剂以采用酒精汽油，丙酮氯化概甲苯等易挥发的物质便于加热除去水能使粉末氧化般不用，酒精在取粉过程中山于粉末似细，易引起粉末氧化燃烧，同，在，磨过程中可加入些面活性剂，使颗粒面被活性分子层包围，从而防止细粉末的聚合，使颗粒度变小；生种附加应力，促进裂纹的扩张，对粉碎过程是有利的21固体过利拉制剂。要硬脂酸，它还在金屈血形成金，3如。1715，增加润滑，减小磨损，过少则达不到润滑目的过多起到稀释剂的作用降低了粉末颗粒之间的充分接触，而且碰撞的部分能，要用尸硬脂酸的熔化，使7难以大于还能使粉末粘结在起或罐壁上，有阻碍作甩湿磨特别是对于搅拌式球磨机有利于润滑，但是粉木碰撞的局部温升难于超过反应物的点燃温度巧，反应难以发生，可采用液固结合，且能使固体过程拧制均旬分散尸粉末面，降低面纟由能。增大润泔，使粉衣易尸分真1搅拌球磨机温度矸高时，液体过程控制剂可挥发出去，此时粉末细化到定限度并且降到最低，此时粉末局部温升厂增大足以达到7，反应发生不同类型的球磨机能量也各自不同，且与马达转和自转获得能量，转速般不高，能量较低，反应时孕育期较长，搅拌式球磨机上要依靠转户搅动球使之产生相当大的加速度给物料，效果较好，粉末的最大温升随转速线性增加，当球料比40时，粉末的闱大温升也随球料比的增加呈现指数增加，在最强工艺条件转速6001球料比为80下，粉末碰撞最大温升小于125氏而最终平衡温升只受球磨转速影响较大，对料比不敏感叼振动式球磨机主要是惯性式由偏心轴旋转的惯性使筒体发生振动，频率越高则对物料的冲击力越大，能量也很还有的是振动与搅拌等几种形式的结合能量更高，更易引发成只反应3.3.6深护气，的影响球磨过程中汜能与空气中的氧气和氮气反应，般采用惰性气体。保护。若先充入氢气则能形成产生氢脆，有利于1粉的初始粉碎；若不采用惰性气体保护，1细化产生的粉尘颗粒极易与，2发生反应，并能；起；和的爆炸式反应，不仪带来1的氧化物杂质，述有定的危险，4结束语尽ff所，的T1C合金都可通过常规SHS法来制备，但利用机械合金化法来诱发5把，使和发生机械力化学反应，使其能在常温下无需外界加热就能生产，而且能得到均匀的球形纳米晶体，并可以和人1等金属结合进步制备高强度1导电的弥散张化超金，因此受人们谓，1黄培云。粉末冶金原理。北京冶金工业出版社，1997.68 6上海交通大学。金相分析。北京国防工业出版社，1982.549，转第21页张涛等钨对锌基合金2人27力学性能的影响锌基合金中添加变质剂钛对叫性的改矜普闷。认为是由于晶粒细化的结果4！对比3与4可以发现，鸭对2人27合金铸态组织有明显的细化作甩通常，品粒细化可以迎过液体金，中加，少量斗核物质来实现，生核物质促使凝固过程在较小的过冷度下进疔锌基合金变质剂的选通常借鉴铝介金细化晶粒的经验，以铝合金常用的变质剂为选取付象与钛相似。钨，铝相的铝端有包晶反应对加钨变质处理的锌基介金试样进厅腐蚀，在扫描电镜观察发现有形状规则的晶核存在5面，高铝锌基合金结晶温度范围比较宽，容易在最后凝固的枝晶间隙中形成缩松，使合金纟织的键全度受到破坏，从而影响伸长率的提高。通过细化晶粒可控制枝品的4长形态，改善补缩效果，从而提高合金组织的致密度因此，合金伸长韦的提高，方面是由于品粒细化的结采，另1方面。良好的铸造工艺条件也是合金具有高伸长率的重要保证4结论显细化合金铸态组织；在保持合金强度的同时，将合金的塑性提高到1脱以上鹤在高强度锌基合金2入27中部分呈固溶状态，同时，由成分分析推测在合金晶粒中部存在界与在细化227合金铸态组织中的作用相类似从1微区成分分析结果推测，此含钨化合物为1艰因而，可以认为在高铝锌基合金中加入钨变质处理时，饥织富铝相被异质晶核15乙5粒子细化，含灼化合物人55你的晶休结构有待进步测记然而，文献7认为，单纯从品粒细化角度只能部分解释合金塑性的改善，晶粒细化不是提高伸长率的充分条件。通过试验，我们认为，在决定高铝锌基合金塑性的因素中，除了晶粒细化因素外。杂质含量与缩松量的多少及分布也是影响合金伸长率的重要因素而晶粒细化对杂质缩松的分布仍有明显的影响。当合金杂质含量不太高时，通过晶粒细化，增加了单位体积内的晶界面积，使单位晶界面积上偏聚的杂质量减少，从而减少脆性另方1胡塞育。发展中的锌铝合金及其应用。机械工程材料，1988，12448 2舒震，刘金水。高铝锌基合金2人27的盐类变质。湖南5杨元洪。新型高强度耐磨锌基合金ZnA127Cu2压铸特性探讨。机械工程材料，1988，121225 6张新志。高强锌基合金的研制与应用。机械工程材料，1988，122323647 7杜艳玲。提高2人27合金韧性的途径。特种铸造及有色合上接第7页7刘长松，殷声。自蔓延高温合成3反应机械合金12王成国，吴军，刘玉先等。过程控制剂对141粉末机械合金化的影响。粉末冶金技术，1997，154258 13度生岐，马明亮等。高能球磨过程中的温度效应研宄。材料科学与工艺，1997，5448