機械合金化制粉法(mechanicalalloyingprocess)

以機械力促使兩種以上組元組成復合金屬粉末的粉末制取方法。它是將根據(jù)合金成分計算出的純金屬、母合金和非金屬的粉末配料混合后，用干式高能球磨機使它們在碾磨球強烈碰撞和攪動作用下，彼此間反復冷焊接和破碎，從而制造出化學成分復雜均勻、顯微結(jié)構(gòu)細小的復合金屬粉末。該種粉末具有每個顆粒含有全部原始配料的成分，于金屬或母合金界面處嵌有非金屬硬質(zhì)點的顯微結(jié)構(gòu)。

原料要求機械合金化制粉的金屬原材料，可采用1～200μm的各種純金屬粉，包括鎳、鉻、鐵、鈷、鎢、鉬、鈮等。對于制取高溫合金粉末來說，母合金是含有大量鋁、鈦、鋯、鉿的鎳基合金，這種母合金相當脆，鑄造后很易破碎成粉末。活性金屬鋁、鈦等在母合金中形成放熱性金屬間化合物，它們此時的熱力學活性比純金屬態(tài)的顯著減小，不易再被氧化。商品純金屬粉和母合金粉的氧含量約為0.05％～0.2％。起彌散強化作用的非金屬粉，實質(zhì)上是一些難熔化合物，包括碳化物、氮化物和氧化物。但氧化物必須限定為非常穩(wěn)定的氧化釔、氧化鋁或氧化釷等。在制取這種復合粉末時，配料中至少要含有15％(體積分數(shù))的可壓縮變形的金屬粉末，以便在合金化過程中起基質(zhì)或粘結(jié)劑的作用。通常加入難熔氧化物量為0.4％～1.5％。

工藝條件機械合金化制粉的設備是水冷式高動能的球磨機。球磨機筒徑大于1m，內(nèi)裝碾磨球與粉末的質(zhì)量比很大，一般為10：1～20：l。碾磨球自身直徑一般為8～10mm，由完全淬火鋼制造。在碾磨過程中應控制高能球磨機外部的水冷卻和內(nèi)部的保護氣氛(一般為高純的氦或氬)。當機械合金化粉具有穩(wěn)態(tài)的粒度分布并且以光學顯微鏡難以分辨其層狀組織時，可視為機械合金化完成，碾磨即可結(jié)束。此時層界面上的彌散硬質(zhì)點之間的平均距離等于各層的平均厚度。通常認為，此距離在0.5μm以下較為理想。機械合金化粉的粒度范圍為10～500μm，平均粒度為50～200μm。顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與粒度無關，而取決于碾磨的穩(wěn)定狀態(tài)。

應用實例機械合金化法最早成功地用于制取鎳基和鐵基高溫合金粉，以熱擠壓或熱等靜壓技術致密化成材。例如鎳一鉻彌散強化高溫合金材料(Ni-20Cr-1.0Fe-0.3Al-0.5Ti-0.6Y₂O₃)。20世紀80年代中期又采用機械合金化法以5～40μm的純鐵粉、小于0.5mm的釹粉和小于1弘m的非晶硼粉制取釹鐵硼合金粉。這種粉由嵌有微小硼粒子和非常精細的鐵層和釹層所組成。為了得到所需的Nd₂Fe₁₄B硬磁相，須將這種機械合金化粉進行600℃，1h熱處理，以便使硼粒子完全溶解在鐵、釹粉內(nèi)。