难互溶合金的机械合金化研究进展：反应机制、结构转变与成形技术

难互溶合金是一类存在液相分离特性的合金,其组元性质的差异使其具备特殊的力学及物化性能,作为结构和功能材料具有广阔的应用前景。但此类合金的混合热通常为正值,原子间的排斥作用很难形成固溶体或化合物;此外,难互溶合金组元间密度或熔点往往相差较大,平衡相图中存在明显的弓形不混溶区域,传统熔铸方法极易发生重力偏析导致两相分离,难以制备出组织均匀的合金,这极大地限制了难互溶合金的应用。机械合金化是一种非平衡态下的粉末固态冶金方法,不仅能使组元间发生非平衡相变,而且能有效避免重力偏析,从而制备出均质难互溶合金。本文综述近年来难互溶合金机械合金化的研究进展,着重阐述机械合金化过程中的反应机制和影响因素,分析机械合金化难互溶合金过程中的结构转变,总结面向机械合金化的粉末成形技术,并对所成形的难互溶合金性能进行讨论,最后对机械合金化在难互溶合金制备领域的发展趋势进行展望。     

亚稳态Fe-Ti块状合金的制备和磁性

应用机械合金化方法制备了FexTi100-x(摩尔分数,x=10~90)合金粉末,并利用冲击压缩方法将上述粉末制成了块状合金.粉末X射线衍射结果显示,所制备合金中包含非晶、纳米晶、过饱和固溶体等亚稳态的结构.冲击压缩后块状合金的X射线衍射图与冲击压缩前的基本没有发生变化,说明在冲击压缩过程中没有发生分解或再结晶.磁性测定结果显示,FexTi100-x合金在室温8、00 kA/m下的磁极化强度随着铁含量的减少而逐渐降低,当铁的摩尔分数为60%时,其磁极化强度接近于零.穆斯堡尔光谱分析结果显示,Fe-Ti合金含有-αFe、体心立方结构的Fe-Ti过饱和固溶体以及非晶相.     

机械合金化Fe100-xNix系微结构的XRD研究

用机械合金化方法制备了Fe100-xNix（x=10、20、30、40）系粉末样品,利用X射线衍射谱方法分别研究了球磨时间和Ni含量对样品微结构的影响,结果表明：Fe70Ni30样品经球磨24h后就形成了过饱和的Fe（Ni）固溶体;经36h机械球磨后的Fe100-xNix样品Ni含量x（x≤40at％）越大,越不易形成单一的过饱和固溶体,且越易诱导α—Fe（bcc）产生向γ—Fe（fcc）的结构相变,相变所需的球磨时间愈短;经球磨相同时间80h后,样品Fe70Ni30有非晶产物生成,而Fe80Ni20仍然是bee结构的Fe（Ni）饱和固溶体,这表明Ni含量也会影响非晶变化的发生．     

机械合金化Fe40M（M=Ni，Co）40Si20过饱和固溶体的物相分析

采用机械合金化方法制备了Fe i Si,Fe Co Si三元系合金,利用X射线衍射仪研究了合金化过程中的相变行为.结果表明,Fe40Ni40Si20经36h球磨可形成αFe(bcc)和γFe(fcc)两相混合固溶体,继续球磨,过饱和α相逐渐分解并向γ相转化,72h后可得单相γFe过饱和固溶体.Fe40Co40Si20经36h可得αFe过饱和固溶体,继续球磨未发现新相生成.     

机械合金化制备Fe—Ni系纳米粉末的马氏体相变

采用机械合金化技术制备了Fe-Ni系纳米分末,利用X射线衍射仪分析了不同含Ni量的Fe-Ni粉经不同球磨时间机械合金化后的相组成。研究表明,Ni含量对机械合金化过程中相转变趋势有重要影响,对Ni含量低于30%的Fe-Ni粉末,机械合金化过程中发生了马氏体相变。当Ni含量高于35%,随球磨时间的延长,在球磨初期产生的马氏体会向奥氏体转变,发生逆转变。     

机械合金化Fe1-xNix系纳米晶合金的组织结构

利用机械合金化法从纯Fe粉和Ni粉中制备了Fe1-xNix（30％≤x≤50％，x为原子百分比）系纳米晶合金粉末，并对粉末经机械合金化过程中相结构的转变以及晶粒尺寸的变化做了较为详细的研究．通过对整个球磨过程中各种粉末样品的X射线衍射（XRD）分析发现：Fe1-xNix（30％≤x≤50％）粉末经球磨3h后已经完全合金化，10h后合金中面心立方（f．c.c．）固溶体的晶粒尺寸都达到20nm以下；晶粒尺寸与球磨时间存在负指数关系；经过适当时间的球磨，Fe1-xNix系纳米晶合金粉末将由开始的体心立方（b.c.c．）相和f.c.c．相完全转变为f.c.c．（Fe，Ni）固溶体相，且所需的时间随X的增大而减少．     

机械合金化Fe40Co40Si20纳米晶固溶体

为研究Fe基软磁材料的机械合金化制备,采用行星式球磨机制备了Fe-Co-Si三元系合金,利用X射线衍射仪研究了合金化过程中的相变行为,计算了晶粒尺寸及微观应变。结果表明,经36h球磨可形成α-Fe纳米晶固溶体,晶粒尺寸可达18nm,微观应变随球磨时间先增加后减小。     

机械合金化Fe40Ni40Si20纳米晶固溶体

机械合金化方法制备了Fe—Ni—Si三元系合金,利用X射线衍射仪研究了合金化过程中的 相变行为,计算了晶粒尺寸及微观应变。结果表明,经36小时球磨可形成α-Fe(bcc)和γ-Fe(fcc) 两相混合纳米晶固溶体;继续球磨,过饱和α相逐渐分解并向γ相转化,72小时后可得单相γ-Fe纳 米晶固溶体。球磨晶粒尺寸可达12 nm,微观应变随球磨时间先增加后减小。     

机械合金化制备γ－TiAl＋Ti_2AlN纳米复合材料

研究了Ｔｉ_（５０）Ａｌ_（５０）混合粉末在氮气氛的机械合金化过程。球磨３０ｈ后Ｔｉ_（５０）Ａｌ_（５０）混合粉末已形成非晶合金；经适当的热处理，可原位形成纳米复合材料γ－ＴｉＡｌ＋Ｔｉ_２ＡｌＮ。     

加介质球磨Fe-Ni粉末的相结构

在加乙醇作为介质球磨(湿磨)条件下,采用6∶1的球料比,240r/min的转速,球磨x(Fe)∶x(Ni)=(100-y):y(原子百分数,y=32,36,50,79)粉末,采用X射线衍射分析方法,研究了球磨产物的相结构变化、晶粒尺寸变化及晶格常数的变化·发现了x(Fe)∶x(Ni)=64∶36粉末在加乙醇介质球磨条件下,Fe在fcc相中的含量随球磨时间的增加先增后减这一新现象,且在整个过程中伴随着晶格常数和晶粒尺寸的变化;对于相同球磨时间不同成分配比的Fe Ni混合粉末,随着粉末中Ni含量的增加,bcc相晶格常数减小,fcc相的晶格常数增大,fcc相中Fe的含量增加,晶粒尺寸减小·     

机械合金化制备纳米Al70Fe25Ni5合金

采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、差热分析仪(DTA)等研究了Al70Fe25Ni5元素混合粉末在机械合金化过程中的结构演变及热稳定性.结果表明:球磨0.5h后有部分非晶生成,球磨5h后的粉体,退火处理后生成Al5Fe2和Al3Ni2金属间化合物.球磨500h后得到纳米金属间化合物.     

Fe-Ni磁性材料机械合金化的成分及组织特征研究

用扫描电子显微镜、X射线能谱仪及X射线衍射仪考察分析了Fe和Ni混合粉末的机械合金化过程及其组织特征,得出结论Fe和Ni粉末的机构合金化是通过片层间的扩散进行的;球磨10h后,Fe和Ni粉末发生合金化;进一步球磨,已合金化的粉末又会发生相变。     

液态急冷Au-3.1Si合金箔带的相转变

用电阻法及X射线衍射分析法研究了Au-3.1wt%si合金液态急冷箔带在连续加热和等温时效过程中的相转变。结果表明,用单辊法熔体喷铸的Au-3.1wt%si合金箔带不论在连续加热还是在等温时效过程中的相变过程大致为:非晶相+亚稳结晶相→亚稳结晶相→平衡相,完全符合固态相变的阶次规则。     

纳米晶Ti—Fe—Ni合金机械合金化的研究

应用ＸＲＤ，ＴＥＭ，ＤＳＣ等实验方法研究了第三组元Ｎｉ对Ｆｅ－Ｔｉ二元混合元素粉机械合金化反应的影响．试验中原子数百分比分别以５％和１５％Ｎｉ取代部分Ｆｅ元素．研究结果表明固态合金化合成晶粒尺寸分别为１２ｎｍ和６ｎｍ的纳米晶Ｂ２相．合金化中经历球磨“退火”过程，微观点阵畸变逐渐减弱，晶粒长大．Ｎｉ元素能使合成的Ｂ２结构纳米晶ＴｉＦｅ相的点阵畸变减小．合成的纳米晶相在９７３Ｋ产生相分解，析出低温马氏体ＴｉＮｉ相     

机械合金化工艺参数对最终生成产物的影响

综述了不同球磨工艺参数对机械合金化产物组织、结构以及性能的影响．并对在确定工艺参数方面的进一步研究提出了相应的观点．     

机械合金化方法制备细晶钛合金

采用光学显微镜、扫描电镜、力学性能分析等手段探讨了采用机械合金化技术制备细晶钛合金的工艺 ,研究了工艺参数对钛合金显微组织与力学性能的影响 .研究结果表明 ,采用机械合金化技术和热压工艺可以制备出高致密度、显微组织均匀细小的钛合金 ,且延长机械合金化时间有利于提高显微组织的均匀度和细化晶粒 ,球磨 36h的粉末所制得样品的晶粒尺寸为 6 μm ,所制备的钛合金的力学性能与显微组织符合Hall Petch关系     

Al—12Ti机械合金化过程的结构演变

采用三种不同类型的球磨机对高Ａｌ含量的Ａｌ－Ｔｉ元素进行球磨试验,研究了其结构演变的特点和影响因素．Ａｌ－Ｔｉ混合粉末在高能球磨过程中的结构演变与球磨输入能量有很大关系,输入能量高的球磨方式能导致Ｔｉ完全过饱和固溶于Ａｌ中,甚至形成部分非晶相和Ｌｌ２有序相;中等输入能量只能形成过饱和固溶体,不能形成非晶相;输入能量较低则不能使Ｔｉ完全溶于Ａｌ．球磨输入能量还对最终球磨态粉末的畸变程度和晶粒大小有重要作用,输入能量高的球磨机制备的机械合金化粉末的畸变明显高于另外两种球磨机制备的粉末,且晶粒更细．高的畸变和细的晶粒可能是促进部分非晶化的原因之一．     

Mg-Al二元系的机械合金化研究

用X射线衍射和DSC对成分为Mg1-xAlx(x=0．1,0．4,0．6,0．8)的纯元素混合粉末的机械合金化过程进行了研究。结果表明成分为Mgo.9Al0.1和Mg0．6Al0.4的混合粉末经球磨后都有Mg17Al12相生成;而球磨成分为Mg0.4Al0.6的混合粉末,没有得到预想的Mg2Al3相,但经热处理后得到Mg2Al3相;对于成分为Mg0.2Al0.8的混合粉末经球磨后只得到固溶体结构。