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《湖南大学》 2001年
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MA法制备Al-Cu-Fe纳米非晶合金和行星球磨理论分析的研究

黄维清  
【摘要】: 机械合金化法制备的粉末晶粒细小、成分均匀,且能避免熔化过程, 已用于开发研制弥散强化材料、磁性材料、高温材料、超导材料、非晶、 准晶、纳米晶等各种状态的非平衡材料、复合材料、轻金属高比强材料、 储氢材料、过饱和固溶体等。作为制备合金粉末的非平衡高新技术,越 来越成为一种制备新材料的重要方法。用MA法制备二元非晶合金及其 形成机理的研究已较多,却很少有关三元非晶合金方面的研究。为了进 一步了解MA法,本文从实验和理论两个方面作了一些探讨。 用行星球磨机制备了Al-Cu-Fe三元纳米非晶合金。实验发现,在一 定成分范围内通过球磨可以获得非晶,非晶粉末颗粒大小随球磨时间的 延长而减小,最终达到几个纳米;同时发现,该混合粉末具有良好的铁 磁性。用X射线衍射分析了粉末结构,通过能谱分析测定了其成分。非 晶相的形成是通过超过饱和固溶体的失稳转变而成,不存在形核与核长 大过程。 研究了球磨条件对合金化的影响。加入过程控制剂,可以有效地防 止粉末粘覆磨球和罐内壁;球磨转速的提高和球粉比的增加,都会加速 相转变过程,从而缩短合金化时间。 用差热分析研究了粉末的热特性。在600℃左右,粉末发生晶化; 当Al≤40 at%时,热处理后只有Al_2Cu_3(Fe)固溶体生成,其晶粒大小比较 均匀;当Al≥40 at%时,其生成物比较复杂,晶粒大小亦相差较大。 由于机械合金化过程是一个极其复杂的过程,迄今仍不能对它进行 精确的理论描述。本文假设磨球在MA过程中按体心立方方式分布于球 磨罐,从这个简单的模型出发,建立了磨球运动速度、平均自由程、碰 撞频率与公转盘转速、球粉比、磨球大小及球磨机几何参数之间的关系。 对球磨过程中磨球相互作用作了一些假设后,可以计算出每次碰撞 所获得粉末体高度值;将磨球的碰撞作为Hertz弹性碰撞,碰撞时的速 度分解为法向速度和切向速度得出粉末的最大真应变和最大切应变为 湖南大学材料物理与化学专业硕士论文 r。=v,sin 0/凡-m皿,‘叶/20m人 其中e_,r。,u,v分别表示足大真应变、切应变、鹰掇系数和区球 SB. 球磨过程中粉末温升是一个很重要的参量,本模型计算出温升与碰 拯速度、碰扛角度及粉未材料的种类关系为 ___,ito__f….-。,,_\l 凸T=95%x y_-c丁IXiat v。sin 6 + c。e__+ KeC IIn + ill 一’‘一””pC’pl AL”b—一” 一U’NtSX’一”114X”t”””-11 式中 Cp为粉末材料的定压比热容,o卜 k和 n为常数。计算出粉末温升 与球厨机转速关系极大,超过一定值时,粉未温度可以达到某些金属的 烙点,本研究前面的实验可证实这一结论。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TB383

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