固液反应球磨制备Ni基二元金属间化合物的研究

论文摘要

基于机械力化学原理而发展起来的反应球磨技术在新材料的开发和研制中的作用已经引起了人们广泛的关注,其基本原理是利用球磨过程诱发常温下难以进行的固—固、固—液和固—气化学反应。现有的研究工作主要集中在固—固体系与固—气体系的反应研究上,而有关固—液反应的研究较少,关于固态物质与液态金属的机械力化学反应研究极少。考虑到机械力化学和热化学的综合作用理论,湖南大学陈振华教授等提出了固液反应球磨技术。 本文对Ni-Sn、Ni-Sb和Ni-Zn合金系进行了固液反应球磨研究,并做了类似条件下的机械合金化对比实验。本文所得实验结果如下: （1） 对于Ni-Sn合金系,采用Ni球分别球磨纯Sn液与含有25mass%Ni粉的Sn液,球料比为20:1,球磨机转速为80r/min。在573K下球磨纯Sn液48h得到Ni3Sn2固相粉末,在1073K下球磨纯Sn液48h得到Ni3Sn固相粉末。球磨过程中,在Sn液中加入25mass%Ni粉,反应速度加快,两种温度下得到最终金属间化合物粉末的时间缩短至36h。 （2） 对于Ni-Sb合金系,采用Ni球分别球磨纯Sb液与含有25mass%Ni粉的Sb液,球料比为15:1,球磨机转速为80r/min,在923K下球磨纯Sb液24h得到NiSb固相粉末,在1023K下球磨纯Sb液24h得到Ni5Sb2固相粉末。球磨过程中,在Sb液中加入25mass%Ni粉,反应速度加快,两种温度下得到最终金属间化合物粉末的时间缩短至12h。 （3） 对于Ni-Zn合金系,采用Ni球分别球磨纯Zn液与含有25mass%Ni粉的Zn液,球料比为12:1,球磨机转速为80r/min,在723K下球磨纯Zn液24h得到Ni5Zn21固相粉末,在923K下球磨纯Zn液24h得到NiZn固相粉末。球磨过程中,在Zn液中加入25mass%Ni粉,反应速度加快,两种温度下得到最终金属间化合物粉末的时间缩短至12h。 （4） 采用行星式高能球磨机,在室温下分别对Ni-50mass%Sn、Ni-60mass%Sb和Ni-60mass%Zn混合粉末进行球磨,球料比分别为20:1、15:1和12:1,球磨机转为速为250r/min,在长时间的球磨过程中均未发现金属间化合物相生成。 根据上述实验结果,并结合液态金属对固态纯金属的作用、机械力对固体的作用与机械力对金属熔体的作用,本文探讨了固液反应球磨制备金属间化合物的机理以及固液反应球磨过程中的固液反应过程与模型。最后,本文还比较了固液反应球磨与机械合金化两种技术的不同之处。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 机械力化学
• 1.1.1 机械力化学的概念及发展历程
• 1.1.2 机械力化学的基本特征与研究方法
• 1.1.3 机械力化学作用过程及效应
• 1.1.4 机械力化学原理
• 1.1.5 机械力化学的应用
• 1.2 反应球磨技术
• 1.2.1 反应球磨诱发的化学反应类型
• 1.2.2 反应球磨诱发化学反应的机理
• 1.2.3 反应球磨过程的影响因素
• 1.3 金属间化合物及其制备方法
• 1.3.1 金属间化合物的定义及分类
• 1.3.2 金属间化合物的制备方法
• 1.4 问题与展望
• 第2章 试验方案与实验装置
• 2.1 研究内容及方案
• 2.2 本研究采用的实验装置
• 2.2.1 固液反应球磨装置
• 2.2.2 高能行星球磨机
• 第3章 Ni基二元金属间化合物的固液反应球磨
• 3.1 Ni-Sn系的固液反应球磨
• 3.1.1 实验过程
• 3.1.2 实验结果
• 3.1.3 实验结果的初步讨论
• 3.1.4 小结
• 3.2 Ni-Sb系的固液反应球磨
• 3.2.1 实验过程
• 3.2.2 实验结果
• 3.2.3 实验结果的初步讨论
• 3.2.4 小结
• 3.3 Ni-Zn系的固液反应球磨
• 3.3.1 实验过程
• 3.3.2 实验结果
• 3.3.3 实验结果的初步讨论
• 3.3.4 小结
• 3.4 Ni-Sn，Ni-Sb和 Ni-Zn系的机械合金化
• 3.4.1 实验过程
• 3.4.2 实验结果
• 3.3.3 实验结果的初步讨论
• 3.4.3 小结
• 第4章 固液反应球磨过程中的作用因素与反应机理
• 4.1 液态金属对固态纯金属的腐蚀
• 4.1.1 腐蚀机制
• 4.1.2 影响液态金属对固态金属腐蚀的因素
• 4.2 机械力对固体的作用
• 4.2.1 固体结构变化
• 4.2.2 塑性变形和断裂
• 4.2.3 产生高温
• 4.2.4 发射电子和摩擦发光
• 4.3 振动对金属液体的作用
• 4.3.1 振动在凝固过程中的作用
• 4.3.2 振动的作用机理
• 4.4 固液反应球磨制备金属化合物的机理
• 4.4.1 反应机理
• 4.4.2 过程模型
• 4.5 固液反应球磨与机械合金化的区别
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间所发表的学术论文）