1 MA 的理论研究
由于在不同的球磨条件下, 即使相同的合金系也可能发生不同的相变过程. MA 技术的优越性, 加之其过程的多样化与复杂性, 激发了无数科学家进行机械合金化的理论研究, 为工艺过程控制及结果预测提供理论依据.
机械合金化的理论研究主要集中在以下3 点: 1)分析球磨时球的运动方式, 确定其“不均匀性”. 2)研究碰撞过程中粉末的变形、焊合和断裂, 以及粉末颗粒尺寸、形状和硬度等特征量随时间的变化. 计算碰撞中的能量转化(碰撞动能转化为粉末的内能和散失的热能)以及粉末温度的上升, 确定球磨参数与产物的关系integrity的形容词. 3)分析粉末中发生的物理现象, 如扩散、固溶、非晶化、机械化学反应等. 包括Maurice、2011考研英语二真题Courtney、Magini等在内的许多学者, 对这些领域进行了大量的研究[MA E, PAGAN J, CRANFORD G, et a.l Evidence for Sel-fsustained MoSi2replay Formation During Room-temperature Highenergy Ball Milling of Elemental Powders [ J]. Journa l of Materials Rearch, 1993, 8( 8) : 1 836- 1 844.] .
1. 1 MA 过程的理论模型
M aurice- Courtney 模型将MA 过程中球的碰撞过程视为Hertz碰撞过程[MAURICE D, COURTNEY T H. Physics of Mechanica l A-lloying: A First Report[ J]. Metallurgical Transactions, 1990,21A( 2): 289- 303.]. 它基本上反应了MA 过程中合金化的基本趋势, 如颗粒尺寸、层间距、颗粒硬度与球磨时间的关系等. 但模型较粗糙, 如它明显低估了粉末的变形率, 由它计算得到的碰撞温升也远低于实验观察结果. 温升是相变过程的关键因素, 因而Mau-rice- Courtney模型不能解释MA 过程中的相变现象.因此, 一些科学家致力于对模型作进一步的改进和完善. M aurice模型中关于球运动参数的计算经过了大量的简化. Brun[BRUN L P, FROYEN L, DELAEY L. Modelling of the Mechanical Alloying Process in a Planetary Ball Mill Comparison Between Theory and In-situ Obrvations[ J]. Materials Science& Engineering A, 1993, 161( 1): 75- 82.] 等人则从严格的数学分析入手, 建立起关于球运动的复杂数学模型, 得到了较精确的计算公式, 因而对M aurice模型是一个有力的补充. Brun模型分析了单个球的运动, 并导出了碰撞速度及碰撞频率等球磨参数的计算公式. 但球磨是大量球的整体运动,运动情况远比单个球的情况复杂. B run模型未能充分考虑球间相互作用以及粉末对球运动的影响人力资源证书怎么考, 可能会产生较大误差.
温升是与碰撞中的能量转化相关的. M aurice认为粉体在碰撞中吸收的能量很少, 但Mag ini
、Iasonna 等人[MAGINIM, IASONNA A. Energy Transfer In Mechanical Alloying ( Overview ) [ J ]. Materials Transactions JIM,1995, 36( 2): 123- 124.] 发现实际的能量转化率很高, 而且与球的相互作用有关, 球与球间相互作用的主导形式随球的填充度变化∆E /Qmax ( $E 为碰撞的能量损失; Qmax为俘获的粉体的最大质量)的大小实际上代表了碰撞温升的高低, 并绘制了“ 能图”. 与M aurice 模型相比, M ag in i-Iasonna模型较好地解决了碰撞中的能量转化问题. 明确了能量转化对相变的决定作用. 但它未能很好地解释MA 过程的微观机制, 也没有说明碰撞的能量损失与粉末变形、断裂、焊合及颗粒尺寸之间的关系, 物理意义不够明确. Abde llaou i等人[ABDELLAOUIM, GAFFET E. The Physics of Mechanical Alloying in a Planetary Ball Mill Mathematical Treatment[ J].Acta Metallurqica Matericals, 1995, 43( 3): 1 087- 1 098.] 将实验结果利用类似与M ag in i模型中的能图的形式表示出来后发现, 球磨的最终产物仅与碰撞能量有关, 并对摩擦型碰撞进行了研究, 提出3点假设: 1)碰撞能全部释放到粉体
中. 2)忽略球与球, 球与壁间的相互作用. 3)球与壁相遇, 并达到稳定所经历的时间很短, 可以忽略.
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自Maurice等人提出了较为系统的模型以来, 研究工作已经取得很大的进展. 杨君友(上海交大) 等人[杨君友, 吴建生, 曾振鹏. 机械合金化过程中粉末的形变及其能量转化[ J]. 金属学报, 1998, 34 ( 10): 1061 - 067.] 直接考虑球磨中的斜碰过程, 引入碰撞角度因子, 建立了相应的数学模型, 对球磨过程粉末的变形行为及其能量转化进行了理论分析, 由此计算出的粉末热温升比yenyueM aurice 模型计算的要高, 与实际结果更接近.
由于MA 过程的复杂性, MA 的很多重要问题, 如碰撞温升的计算、碰撞中粉末的捕获量及粉末变形行为等都未能获得满意的结果. MA 模型要涉及复杂的数学运算, 目前不少学者利用计算机对MA 过程进行模拟获得了较好效果[陈津文, 吴年强, 李志章healthy的反义词. 描述机械合金化过程的理论模型[ J] . 材料科学与工程, 1998, 16( 1): 19- 23.] . 所以, 计算机模拟MA 过程将是今后inch是什么单位MA 理论研究的重要方向. 重工业如果能用相应的仪器对球磨过程进行现场跟踪记录并由此建立MA 过程
的真实模型, 那么将极大地推进机械合金化的理论研究.
1. 2 MA 过程中的固态反应
机械合金化在非晶材料上的成功应用使得固态反应非平衡相变已成为材料科学的前沿课题loweight. 在世界各国材料科学家的共同努力下, MA 技术发展十分迅速.T# H # Courtney 把该技术称之为/ 神灯0 ( A llad incsLamp) [GAFFET E, ABDELLAOUIM, GAFFETM N. Formation of
Nanostructural Materials Induced by Mechanical Processings ( Overview ) [ J]. Materials Transactions JIM, 1995,36( 2): 198- 209.] , 在机械化学合成中, P# G # M ccorm ick[MCCORM ICK P G. Application of Mechanical Alloying to Chemical Refining ( Overview ) [ J] . Materials Transactions JIM, 1995, 36( 2): 161- 169.]
把它称作有效的低温化学反应器, 非平衡相和精细结构的发生器. 一系列的研究表明, MA 是制备亚稳材料的有效途径, 从热力学角度, 它将大量能量储存于界面, 使材料处于亚稳态, 在一定条件下能量将会释放,并伴随固相反应的发生, 形成通常条件下不易形成的亚稳相. 众所周知, 固态相变与元素的化学势、混合热、界面能、互扩散及界面反应等多种因素有关. 但目前,人们仍未能深入地认知固相反应非平衡相变的机理,还无法很好地解释许多试验现象, 还未找到普遍适用的反应判据, 此外, 界面上亚稳相的形核长大及相的选
择规律等许多问题也还需进一步澄清和证明.
