机械合金化制备高熔点、低熔点金属固溶体和化合物的研究

摘要

机械合金化应用于制备材料通常在室温下进行,不受组分之间熔点差的限制,与传统冶金方法相比更加适用于高熔点一低熔点体系合金化的制备以及低熔点金属体系固态化学转化的研究. W、In的熔点相差3650℃,目前尚未见有关W-In化合物的报道.我们首次利用高能球磨法在室温下制各了In<,16.7>W<,83.3>固溶体.W-In体系混和热为正并且组分之间力学性能有很大的差异.W-16.7at.﹪In混合粉末经球磨55h后,其XRD图显示为单一的BCC相,采用XRD、DSC和基于德拜方程的计算模拟,证明了所得产物为成分均匀的固溶体,通过SEM图表征了混合粉末在球磨不同阶段的微观形貌.退火实验表明In<,16.7>W<,83.3>固溶体在低于600℃下是稳定的,而高于600℃时分解为单质W和In,表明球磨制备的In-W固溶体具有较高的稳定性. 球磨作用诱导的深度塑性形变促进非互溶体系的机械混合,基于Ma等人的理论我们认为In-W体系高频率剪切力的作用下发生严重塑性形变和界面粗糙,直至固溶体的形成.我们讨论了形成In-W固溶体高稳定性的几个因素. 研究了In<,2>O<,3>+Al(Ⅰ)、SnO<,2>+Al(Ⅱ)、和In<,2>O<,3>/SnO<,2>+Al(Ⅲ)体系在球磨作用下的固态化学转变.在我们的实验条件下,Ⅰ、Ⅱ体系中各自析出了In和Sn的单质,单质金属和Al都没有发生合金化.In<,2>O<,3>/SnO<,2>+Al体系在球磨时间达到12h后主要组分为InSn<,4>金属间化合物,继续的球磨和Fe杂质的引入使InSm<,4>发生分解,部分生成FeSn<,2>型的物相.其原因是FeSn<,2>具有更高的熔点和更低的Gipps自由能. 以W粉及石墨为原料,利用高能球磨法一步合成了纳米级WC粉体.研究了W粉的表面活性、球磨机转速、球磨介质和密封条件等因素对W和C合金化的影响.W粉经H<,2>还原后,去除了覆盖其表面的氧化膜,加速了WC的形成.将表面镀镍的纳米碳管(CNTs)和WC粉体(8wt.﹪Co、0.53wt.﹪VC)在1450℃下真空烧结.对所得样品进行力学性能测试,发现烧结试样与未加CNTs的样品相比其硬度和韧性均没有得到改善.结合烧结试样断面和裂纹处微观形貌,分析了试样膨胀和力学性能下降的原因,为进一步改进WC-CNTs复合材料打下了基础.

目录

文摘

英文文摘

第1章文献综述

1.1机械合金化

1.1.1机械合金化在制备新材料中的应用和发展

1.1.2机械合金化技术的发展

1.1.3球磨作用下材料微观结构变化及其反应机理

1.1.4球磨体系组分熔点温度差和机械合金化

1.1.5影响机械合金化过程的主要因素

1.2 WC硬质合金的制备和CNTs复合材料

1.2.1 WC粉体的制备-手段和工艺的进展

1.2.2复合碳纳米管(CNTs)对材料性能的改善

1.2.3碳纳米管表面镀镍及其复合行为

参考文献

第2章实验设备及其研究方法简介

2.1实验设备和仪器介绍

2.1.1行星球磨设备

2.1.2热处理设备

2.2研究方法基本原理简介

2.2.1 X射线衍射分析

2.2.3扫描电镜(SEM)

参考文献

第3章机械球磨法制备W-In固溶体

3.1引言

3.2实验过程

3.3结果与讨论

3.4本章小结

参考文献

第4章In-W体系机械合金化和高温稳定性分析

4.1 In-W体系机械合金化的机制

4.2金属力学性能对机械合金化的影响

4.3固溶体中第二相的析出和In16.7W83.3的高温稳定性

4.3.1第二相的析出过程

4.3.2影响固溶体稳定性的几个因素

4.4本章小结

参考文献

第5章低熔点高延展性金属机械合金化

5.1引言

5.2实验过程

5.3结果与讨论

5.3.1 In2O3+Al体系

5.3.2 SnO2+Al体系

5.3.3 In2O3/SnO2+Al

5.3.4机械力诱导合金化的机制

5.4本章小结

参考文献

第6章高能球磨制备纳米WC

6.1引言

6.2实验过程

6.3结果与讨论

6.3.1 W-C体系机械合金化的过程

6.3.2 W-C体系机械合金化的影响因素

6.3.3 CNTs表面镀镍

6.3.4 WC-CNTs的烧结性能

6.4本章小结

参考文献

第7章结语

致谢

在读期间发表的文章和研究成果