论文摘要
机械合金化是制备合金及化合物的一种新型材料制备方法,主要利用机械能在固态下实现原子扩散、固态反应、相变等过程。机械合金化技术可制备微晶、非晶和纳米晶材料,制备合金可根据需要任意选择组元调整成分,还能够扩展合金固溶体的固溶度,在固溶下获得亚稳相和金属间化合物。因此,机械合金化技术是一种很有前途的材料制备技术。本文采用机械合金化技术,以元素粉末为原料,制备出NiAl、过饱和固溶NiAl和定量微合金化NiAl,对机械合金化产物进行热处理及碱液活化浸取,制备出Raney Ni;采用高能球磨与放电等离子烧结相结合的热机械合金化技术,将元素粉末原料制备出NiAl-TiC块状内生复合材料。利用X射线衍射、扫描电镜、电子探针以及力学性能测试等材料分析技术对制备产物进行组织和性能研究,并对NiAl金属间化合物及过饱和NiAl合金的机械合金化合成机理进行了探讨。研究表明:元素粉末通过机械合金化可以制备出成分均匀的纳米晶NiAl金属间化合物、过饱和固溶NiAl合金以及微合金化NiAl金属间化合物。将机械合金化制备产物热处理后,产物的平均晶粒尺寸增大,粉末原来的形貌消失,颗粒均匀圆润,颗粒边界出现相互熔合及颗粒吞并现象。过饱和固溶程度较大的NiAl合金会在热处理过程中发生固态相变,生成新相,NiAl及过饱和固溶程度较弱的NiAl合金在热处理后保持原有的相组成。纳米晶NiAl金属间化合物的机械合金化合成机理为机械合金化诱导的燃烧合成机理。纳米晶过饱和固溶NiAl合金的机械合金化合成机理为Ni-Al首先燃烧合成NiAl,非化学计量比的Al原子随后通过界面原子扩散机理,溶入NiAl相形成NiAl的过饱和固溶体。对机械合金化制备的纳米晶Ni-Al合金采用常规工艺进行活化浸取处理,制备出Raney Ni及其合金催化剂。Ni20Al80体系机械合金化制备产物最易活化得到单质Raney Ni;Ni30Al70体系机械合金化制备产物浸取后得到以NiAl为基体的Raney Ni;Ni50Al50体系机械合金化制备产物浸取后得到以NiAl和Ni3Al为基体的Raney Ni。机械合金化制备的Ni-Al合金中的Al原子易于浸取,打破了浸取工艺对传统方法制备Ni-Al合金的相组成限制。机械合金化制备的Raney Ni具有晶粒细小、组织均匀,成分可调等优势,在制备工艺过程和产物的成分组织形貌上优于商业产品Raney Ni。在Raney Ni前置体合金的制备过程中,添加少量Ti、Fe、Cr等其它合金元素,可以得到成分均匀、组织形貌较好、含有活性助剂的Raney Ni合金催化剂,从而显示出机械合金化制备Raney Ni催化剂的优势。采用将高能球磨与放电等离子烧结相结合的热机械合金化技术,可以制备出晶粒细小,组织均匀,具有较高的硬度和高温强度的块状NiAl-TiC内生复合材料。