纳米钨合金粉末制备技术（I）——机械合金化

机械合金化简称MA, 它是将W、Ni、Fe等各元素粉末在搅拌、行星或转子高能球磨机中进行高能球磨, 采用气体保护, 防止粉末氧化。在MA过程中, 利用金属球对粉末体的碰撞而使粉末晶块细化。而且在MA过程中粉末体反复发生混合, 碰撞, 温度升高, 冷焊与撕裂, 各元素粉末混合达到非常均匀的程度, 并且形成纳米晶的超饱和固溶体和非晶相。其设备工艺简单, 是目前国内外学者专家研究得最为广泛的一种方法。而且随着60L、100L大容量的德国高能转子球磨机的出现, 使得该技术最适合于大批量生产纳米钨合金粉末粉末。因而MA是一项具有广阔应用前景的技术。其主要缺点是过程中易引入杂质, 粉末易于成团。目前国内外对MA工艺和MA过程机理都作了较为深入的研究。国外一些专家对90W- Ni- Fe、93W- 5. 6Ni- 1. 4Fe和W- Hf- Ti钨合金穿甲弹材料或弹道材料以及W- Cu电子封装热沉材料的机械合金化过程进行了大量的研究。HoJ. Rgu将MA过程分为5个步骤: 颗粒扁平化过程、焊接过程、等轴晶的形成过程、随机薄片的形成过程和随时间的增加而最终达到的稳定化过程。在转速为75rpm, 球料比为20B1和球装填系数15%的条件下球磨48h后达到了稳定态, 最终得到了16nm的晶粒。L. Lu等人对MA中的扩散行为进行了研究,并指出机械合金化产生的大量缺陷致使活化能降低, 这在机械合金化中的扩散过程中起到了主要的作用。它可以使不能合金化的合金元素例如W、Cu粉末通过机械合金化进行扩散而达到合金化的目的。

在国内, 我们采用MA对90W- Ni- Fe、97W- Ni- Fe、W- Cu、WC- Co等钨合金纳米晶预合金粉的制备和机械合金化过程机理作了较深入的研究, 包括从球磨介质( 硬质合金球、不锈钢球和钨球) 、球料比、保护气氛( Ar和N2) , 在机械合金化过程中添加表面活性剂( 或称过程控制剂) , 以及纳米钨合金粉末的抗氧化处理对球磨后粉末性能的影响。研究结果证明, 采用同材质的钨球和Ar气保护, 以5B1的球料比进行球磨, 添加少量的有机表面活性剂, 在机械合金化40~ 60h后可得到平均晶粒尺寸为8~ 10nm的无结团、无杂质污染的纳米晶粉末。


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