粉末冶金新技术及其应用..docx

高氧含量铁基非晶粉末的制备摘要粉末冶金中粉末的质量直接决定着粉末冶金制件的质量，粉末冶金的制粉是制备高质量的粉末制件的基础，对于有高氧含量的非晶粉末是铸造法，雾化法难以实现的，本文通过氧化铜的形式引入5%的氧，制备出了高氧含量的铁基非晶粉末。关键字：粉末冶金;非晶材料;铁基机械合金化(Mechanical alloying，MA)是一种先进的亚稳材料合成方法，目前 MA 已经被广泛地用来制备纳米晶、准晶、金属间化合物、固溶体和非晶合金等亚稳材料[1]。然而，在MA过程中，合金粉末不可避免地会被污染。通常粉末被污染的来源主要有四个方面，分别是初始粉末中的杂质、球磨气氛、球磨设备(球磨罐和磨球)以及取粉过程中引入的氧和氮。例如，杂质会导致Ti和Zr中形成氮化物[2]以及Ti-Zr，Ni60Nb40, Fe-Cr, and Nb25Sn粉末[3-6]。同时，杂质如氧，氮和铁会对球磨非晶合金的晶化行为和产物产生影响，如晶化相的晶格常数和制备非晶合金的粘滞性[4,6,7]。 在所有杂质中，氧因其化学活性而对MA过程中初始粉末的组织转变产生较大的影响。然而，关于氧对初始粉末组织转变的影响主要集中在Ti基和Zr基合金上，对于多元铁基合金，现有的文献中几乎没有关于这一方面的报道。本文选择Fe-P-C(B)体系因为相比Fe-P-B，Fe-P-Si和Fe-B-C，该体系具有较大的非晶形成能力。然而，在MA过程中，由于取粉过程中引入的氧含量很难控制其含量，因此本文提出一种新想法，外在的引入一定的氧含量。本文选择内在以氧化铜的形式引入可控的5 at.%的氧原子加入到Fe-P-C-B体系合金中用来研究引入的氧对初始铁基合金结构转变和非晶形成能力的影响。为了方便比较，另一种不含引入氧的Fe-Mo-P-C-B体系也被研究。研究结果为机械合金化制备一定氧含量的铁基非晶粉末提供了很好的指导。1.试验方法 试验采用纯度为纯度为99.9%(质量分数)的Fe，Mo，CuO，C，B粉末，质量分数为77.3% Fe, 21% P的FemPn粉。Fe，Mo，FemPn，CuO，C，B粉末的粒径约为48μm。分别对Fe74Cu5P8C6.7B1.3O5 (记为合金“a”)和Fe79.3Mo4.5P8.1C6.75B1.35(记为合金“b”)这两种成分进行配比，在V型混粉机上充分混粉后，利用QM-2SP20型行星式球磨机进行高能球磨, 罐体和磨球材料均为不锈钢 球磨罐体与盖子之间使用 O 型密封环密封 磨球直径分别为15、10和 6mm，它们的质量比为1:3:1，磨球和粉体质量比为 10：1，球磨过程中转速为4.3 r/s，每球磨 5h 后停机冷却到室温后取粉为了防止可能出现的氧化现象 在球磨罐内充入高纯氩气保护(99.99% 0.5MPa) 为了确保球磨过程中引入的 O 和 Fe 杂质对两组粉体非晶转变过程热稳定性和相转变产生相同的影响 两组粉末在相同的条件下进行球磨处理。对于这两组粉末，球磨时间对相转变的影响使用 D/max-IIIA全自动 X 射线衍射仪(Cu Kα )进行分析，热物性分析使用在高纯氩气保护下利用 STA449C 同步热分析仪(DSC)粉末微观形貌分析和元素均匀化分析采用QUANTA200 环境扫描电子显微镜及附带的能谱仪。两组粉末非晶相的证实采用JEM?2200 FS透射电镜分析。2.结果与讨论2.1 XRD分析 图1为合金a经过不同球磨时间后的合金粉末的XRD图谱。除了C和B峰，初始粉末表明了所有预期的主要衍射峰，包括Fe、CuO和Fe2P峰。球磨10 h后，CuO和Fe2P的峰几乎完全消失，仅仅只有bcc α-Fe的峰清晰可见。而且，在整个球磨过程中，没有新的衍射峰出现，这表明球磨过程中没有形成新的金属间化合物。值得一提的是，这一点和其他文献中关于CuO和Fe球磨发生反应导致形成新的化合物的报道明显有所不同[10-12]。可能的原因在于，球磨过程中CuO化合物在机械球磨作用下可能发生了分解，分解得到的Cu和O原子一方面分散均匀在了混合粉末中，另一方面分解的Cu和Fe可能部分形成了Fe-Cu固溶体，而并非直接反应形成金属化合物[13]。随着球磨时间的增加，衍射峰的强度依次减少，而宽度逐渐增加。这可以归因于晶粒尺寸的减少，晶格畸变的增加和最终非晶相的形成，且这一趋势一直持续到球磨120 h。如图1(d) 所示，在球磨30 h后，峰宽的最大值在2θ = 44.6°处开始出现，这表明形成了非晶相已经形成。球磨120 h后，衍射峰的宽度达到最大值，这表明非晶相含量达到最大值。然而，如图1(f)-(h)所示，随着球磨时间的继续增加，先前弱化的衍射峰反而变得强化起来，这是因为先前形成的非晶相发生了部分晶化。此外，随着球磨时间的增加，bcc α-Fe相的衍射峰略