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Ti-Mg混合粉末的机械合金化过程
发布时间：2013-05-12 08:07 来源：未知
机械合金化是将欲合金化的元素粉末按一定配比机械混合，用高能球磨机等设备将回转机械能传递给粉末，粉末在球磨介质的反复冲撞下，承受冲击、剪切、摩擦和压缩多种力的作用，经历反复的挤压、冷焊合及粉碎，成为弥散分布的超细粒子，从而在固态下实现合金化．近年来机械合金化在理论和应用方面均引起材料界的极大关注．本文采用这种新型的固态合金化方法制备Ti-Mg合金。
1、试验方法
将粒度为325目的Ti粉（质量分数99.5%）和Mg粉（质量分数99.O%）按w(Mg)=9%，w(Ti)=91%混合后，与不锈钢研磨球一起放入行星式高能球磨机的真空球磨罐中，对真空球磨罐抽真空后充人氩气进行保护，分别在0、6、9、12、24、36、48 h后球磨进行取样，然后在D8 ADVANCEX射线衍射仪上进行分析，用JSM -5600LV扫描电镜对其形貌进行观察。
2、试验结果与讨论
图1是Ti-Mg在不同球磨时间下样品的X射线衍射图谱，
从图1可以看出，Ti-Mg经不同球磨时间后，Ti的Bragg衍射峰高度在球磨0～12 h过程中随着球磨时间的增加缓慢地下降，并且其主峰向低衍射角位置移动；Mg的个别衍射峰位消失．这说明Mg原子作为间隙原子固溶到Ti中，使得Ti的品格常数增大，从而使Ti的Bragg衍射峰向低角度位置移动．随着球磨继续进行，至48 h时Ti峰强度进一步降低，衍射峰宽化程度更加明显而Mg相的衍射峰已经完全消失。
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球磨48 h，Mg的衍射峰已经完全消失，Ti衍射强度继续降低，并且呈现明显的宽展分布，这是由于晶粒尺寸下降和晶粒应力的形成引起的，说明Ti颗粒已成为亚微米晶或纳米晶．此外，随着球磨时间的延长，Ti的衍射峰继续向低角度方向偏移，上述现象说明，随着球磨时间的增加，Mg原子中的一部分固溶到Ti原子的晶格中，造成Ti的衍射峰宽化，Ti的衍射峰强度逐渐减弱，因为Ti原子的半径大于Mg原子的半径，导致Ti的晶格发生畸变，晶格膨胀使晶格常数增大，造成Ti的衍射峰向低角度方向偏移．所以Ti的衍射峰呈现更加明显的宽展分布。
图2是Ti-Mg不同球磨时间后所得到的样品的扫描电镜图片．从图2可以看出，Ti-Mg混合粉末经6h球磨后为颗粒状和平板状混合粉末，平板状区域的X射线能谱分析结果中只有Ti的特征峰，因此平板状粉末的成分为Ti，颗粒状区域的X射线能谱分析结果中只有Mg的特征峰，因此颗粒状粉末成分为Mg，所以，Ti-Mg混合粉末球磨6h后Ti粉被撞击成平板状而Mg粉被破碎成颗粒状，从图2还可以看出，Ti-Mg混合粉末球磨后为片层“夹心”状结构，即平板状的Ti形成片层状结构，细小的Mg颗粒均匀分布在Ti的片层上或片层间；随着球磨时间的增加，片层逐渐减薄，颗粒逐渐变小变少．图2f为Ti-Mg混合粉末球磨48 h后扫描电镜下的高倍形貌图，从图中可以清晰地看到，细小颗粒已消失，只有层片状结构，由图l中X射线衍射分析结果可知，此时粉末已合金化．
由上述扫描电子显微分析结果可知Ti、Mg元素粉末的机械合金化是如下进行的：金属Ti属于韧性材料，而Mg属于脆性材料，在球磨初期，Ti、Mg粉体被磨球不断地挤压、碰撞、破碎，韧性的Ti粉被挤压成片状，脆性的Mg粉被破碎成颗粒状，在随后的球磨过程中片状的Ti粉和粒状的Mg粉被同时破碎，形成许多新的清洁表面，在磨球的挤压作用下彼此冷焊形成片层“夹心”状结构，此时Mg的细小颗粒镶嵌在Ti的片层之间．Ti的层状粉体及细小颗粒状的Mg在磨球的不断撞击下逐渐减小，致使在薄片状Ti粉与细粒状Mg粉的冷焊面上Ti、Mg原子通过扩散形成合金相的核，随着球磨的持续进行，一方面，合金粉末被搅拌得更加均匀，另一方面，形成的厚度和粒度被进一步减小，并且粉末中的缺陷大量增加，这都促进了Ti、Mg原子进一步均匀扩散，最终实现Ti、Mg的机械合金化．
3、结论
用机械合金化方法可使Ti和Mg形成固溶体．在球磨12 h的Ti-Mg合金中Mg的衍射峰已完全消失，Mg溶入到Ti中，且随球磨时间的延长，Ti衍射峰宽化并向低角度位置偏移；球磨后已合金化的Ti-Mg固溶体呈“夹心‘状层片结构，细小的Mg颗粒均匀分布在Ti的片层间，且随球磨时间的增加，片层逐渐减薄，颗粒逐渐变小。
