Ni/Si元素粉末球磨过程中的摩擦化学研究

论文摘要

高能球磨是材料制备新技术之一。球磨过程中的摩擦化学效应将会导致球磨物质一系列的物相和性质变化。镍硅系金属间化合物作为潜在的新型高温结构材料和功能材料,已得到国内外材料科技工作者广泛的重视和研究。 特别是,Ni3Si金属间化合物具有高温强度高、密度低、耐蚀性优异等突出优点,是一种很有发展潜力的高强耐蚀新型高温结构功能一体化材料。但是,目前对这类化合物的制备方法特别是相关技术特性的研究和认识还不够系统、深入。 本文利用QM-ISP（4L）和P—5行星式球磨机、X射线衍射分析仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）按照Ni3Si有序合金的化学组成对3Ni/Si元素粉末混合物高能球磨的摩擦化学效应进行了研究。 在QM-ISP（4L）行星式球磨机球磨3Ni/Si粉末混合物的过程中,其摩擦化学效应因子,如晶粒尺寸在球磨初期快速减小,随后减速缓慢;显微应变和有效温度系数则随球磨时间逐渐增加。 与QM-ISP（4L）行星式球磨机相比,P—5行星式球磨机的球磨效率较高。当球磨参数即转速为300rpm,球料比为10:1,球磨45小时,随后进行600℃、30分钟的退火处理,可得到Ni3Si有序化合物合金粉末。 在本试验条件下,3Ni/Si粉末混合物球磨期间的物相变化一般均遵从:先形成Ni（Si）过饱和固溶体,然后从固溶体中析出Ni31Si12等类型的“近Ni3Si”型镍硅二元化合物;继续球磨,混合粉末的非晶化趋势增强,球磨至45小时又开始发生非晶粉末的晶化,其结构初步分析为Ni3Si。同时,对上述物相转变过程利用Miedema模型进行了热力学分析。 研究还发现,在3Ni/Si元素粉末混合物的高能球磨过程中,氧的污染对机械合金化及其所伴随的摩擦化学反应有十分明显的阻碍作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 3Si有序合金的研究现状'>1.2 Ni₃Si有序合金的研究现状
• 3Si有序合金的基本特性'>1.3 Ni₃Si有序合金的基本特性
• 3Si合金的制备方法'>1.4 Ni₃Si合金的制备方法
• 1.4.1 电弧熔炼法
• 1.4.2 燃烧合成法
• 1.4.3 高能球磨法
• 1.5 摩擦化学效应
• 1.5.1 摩擦化学
• 1.5.2 球磨过程的摩擦化学效应
• 1.6 本课题的目的与意义
• 2 试验过程
• 2.试验设备的
• 2.1.1 行星式球磨机
• 2.1.2 X射线衍射仪
• 2.1.3 扫描电子显微镜
• 2.1 .4其他分析方法
• 2.2 试验步骤与技术线路
• 2.3 原料介绍
• 2.4 试验参数选择
• 3 试验结果
• 3.1 3Ni／Si混合粉末球磨过程中的物相演变过程
• 3.2 球磨参数对试验粉末物相变化的影响
• 3.2.1 球磨时间的影响
• 3.2.2 球磨机转速的影响
• 3.2.3 球料比的影响
• 3.2.4 球磨机类型的影响
• 3.2.5 装料量的影响
• 3.2.6 球磨气氛及取样过程的影响
• 3.3 球磨粉末的热处理
• 3.4 氧污染对高能球磨的影响
• 4 分析讨论
• 4.1 镍硅混合粉末球磨过程中的物理变化
• 4.1.1 晶粒尺寸
• 4.1.2 颗粒形貌
• 4.2 镍硅混合粉末球磨过程中的摩擦化学效应
• 4.2.1 晶粒尺寸与显微应变
• 4.2.2 有效温度系数
• 4.2.3 各种效应因子之间的关系
• 4.2.4 在球磨合金化过程中的摩擦化学效应
• 4.3 镍硅混合粉末球磨反应机制
• 4.3.1 球磨形成过饱和固溶体
• 4.3.2 球磨形成非晶
• 3Si化合物高能球磨的热力学分析'>4.4 Ni₃Si化合物高能球磨的热力学分析
• 4.4.1 Miedema模型
• 4.4.2 热力学分析
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文