强磁场下渗氮及机械合金化法制备氮化物研究

论文摘要

氮化铁具有良好的抗腐蚀性,耐磨性和抗氧化性,以及优异的磁学性能,广泛地应用于工业生产的各个领域,例如磁记录介质和减震材料等。但其制备方法仍有很多问题需要解决,比如制备工艺周期较长,制备产物纯度不够等。所以,探索新工艺或者采用一些辅助手段是必要的。本文研究了强磁场和机械合金化过程对氮化物形成的影响,并通过X射线衍射分析、扫描电镜、穆斯堡尔谱、金相显微镜和渗氮层深度测量软件来表征实验结果。具体结论如下：1.强磁场对氮化物形成的影响（1）渗氮方向垂直于磁场方向,渗氮温度为550℃（高温）,强磁场不改变化合物层的相组成,即纯铁在磁场和非磁场渗氮后化合物层相组成均为ε-Fe2-3N和γ’-Fe4N。其中强磁场下化合物层厚度大约为8.64μm,稍小于非磁场下化合物层厚度（8.853μm）。但X射线衍射分析表明,在强磁场样品中,ε相的体积分数小于非磁场渗氮样品,即强磁场对ε相的生成有抑制作用,同时,强磁场对扩散层中氮化物的析出也有影响。（2）渗氮方向垂直于磁场方向,在较低温度（T=494℃、450℃、410℃和400℃）渗氮,随着温度的降低,纯铁的渗氮能力降低。但强磁场仍然对化合物层中γ’-Fe4N和ε-Fe2-3N的生成起抑制作用。（3）渗氮过程中,所施加强磁场的方向对渗氮结果有影响。在纯铁550℃2h渗氮后的扩散层中,长针状氮化物的析出密度关系为：平行于磁场方向（H=12T）样品氮化物析出密度最大,其次为无磁场下样品氮化物的析出密度,垂直于磁场方向（H=12T）样品氮化物析出密度最小。2.Fe和氮化物混合粉体的机械合金化以及产物退火稳定性研究纯铁粉在550℃渗氮2h可获得ε氮化物粉末,将铁粉和氮化物质量比为4：3的样品进行16h球磨,球磨产物的x射线衍射谱中仍然存在氮化物衍射峰；把铁粉和氮化物质量比变成5：2,球磨16h后,氮化物的衍射峰消失,球磨产物为过饱和含氮α-Fe；对该球磨产物进行低温退火,氮化物重新析出。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 铁氮化合物的制备和性能
• 1.1.1 铁氮化合物简介
• 1.1.2 铁氮化合物的制备方法
• 1.2 强磁场技术的发展和物质在强磁场中的磁化现象
• 1.2.1 直流强磁场的技术发展与现状
• 1.2.2 磁性和磁性材料的分类
• 1.2.3 磁化状态的磁体所具有的静磁能
• 1.3 强磁场热处理对材料学固态过程的影响
• 1.3.1 强磁场下原子扩散理论
• 1.3.2 磁场下的晶界理论
• 1.4 机械合金化-球磨处理
• 1.4.1 机械合金化的原理
• 1.4.2 球磨的主要作用
• 1.4.3 球磨装置以及工艺参数
• 1.5 本课题的设想
• 第2章 样品的制备和实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验装置与工艺
• 2.2.1 磁场下的气体渗氮装置以及工艺
• 2.2.2 球磨装置
• 2.2.3 球磨产物的非磁场退火
• 2.3 分析与测试方法
• 2.3.1 X-射线衍射（XRD）
• 2.3.2 穆斯堡尔谱实验过程
• 2.3.3 金相组织观察
• 第3章 纯铁的磁场渗氮研究
• 引言
• 3.1 磁场中纯铁550℃渗氮结果分析
• 3.2 磁场中较低温度下纯铁的渗氮结果分析
• 3.3 磁场方向对渗氮过程的影响
• 3.4 分析与讨论
• 3.4.1 铁原子磁矩有序原理
• 3.4.2 磁场对于扩散系数的影响
• 3.4.3 晶界磁化原理
• 3.4.4 静磁能对相变自由能的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 Fe与氮化物混合粉体的机械合金化
• 引言
• 4.1 氮化物粉体的制备
• 4.2 纯铁和氮化物球磨结果分析
• 4.2.1 铁与氮化物质量比为4:3时球磨结果分析
• 4.2.2 铁与氮化物质量比为5:2时球磨结果分析
• 4.3 球磨样品的管式炉退火研究
• 4.4 本章小节
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢