高能球磨技术

0 简介

• 将不同材料的粉末按一定配比机械混合，粉末在磨球介质的反复冲撞下，经受碰撞、冲击、剪切、挤压，而不断发生变形、断裂和焊接，高强度较长时间的研磨使得粉末充分均匀和细化，最终成为增强体弥散分布的复合粉末。
• 缺点：球磨介质的污染和粉末粒度不太均匀
• 球磨过程中的强制作用力将引入大量应变、缺陷和纳米级的微结构；
• 可以使难以用传统熔炼工艺实现某些物质的合金化、非平衡态和准稳态等新物质的合成成为可能。
  • 　　可制备纳米材料如纳米晶纯金属、纳米级增强体复合粉末、纳米金属间化合物等；

 

1.1 制备氧化物弥散强化合金

•  工业化应用程度较大的是氧化物弥散强化合金的制备
  • 　　合金成分复杂，采用普通冶金很难生产。
  • 　　制得的这类合金具有极细小的氧化物颗粒(5~50nm)均匀弥散（颗粒间距~100nm)地分布在由多种元素形成的固溶体基体上的特征，因而有很高的高温强度和高温蠕变抗力。

1.2 制备纳米粉体

澳大利亚的先进粉末技术联合有限公司

• 曾采用球磨机（通常是搅拌式）球磨诱发固态置换反应+溶解除去副产品的方法，成功合成了力度均匀细小（纳米级）、杂质含量极低的纳米ZnO、ZrO2、CeO2、ZnS、CdS、Ce2S3等粉末。
• 通过控制反应物组成、球磨和热处理条件，能够提供各种粒度的纳米粉体提供用户选择。

1.3 制备表面处理用原料

• 高能球磨合成的Fe基、Co基、Ni基合金(其它合金化元素通常是Cr、Al)粉末可以用作等离子喷涂或其它方法制得的耐腐蚀和耐磨涂层的原料，
• 高能球磨过程中形成的氧化物和碳化物弥散相对材料保护十分有益。
• 添加 Y 能够在球磨时形成 Y2O3弥散相 和 类似复合相，这类球磨粉末可以用作制备扩散屏障涂层的原料，该涂层减小基材和涂层之间的浓度梯度的逆效应。

1.4 制备焊料

德国Zoz公司和日本的福田金属薄片和粉末有限公司联合开发了用作涂料和焊料的高能球磨产品，这种产品的突出优点是化学成分分布十分均匀，无偏析现象。

1.5 制备硬质合金

• 纳米晶硬质合金作为现代工业加工的主流刃具一直吸引着材料研究者的关注。
• 球磨制备这种合金有两种方法，
  • 　　利用W和C合成纳米WC粉末；
  • 　　将WC和Co粉末混合球磨粉碎细化达到纳米复合；
    
• 晶粒度一般在几个至几十个纳米，经烧结后的硬质合金晶粒度则在几十至二百纳米。

2 高能球磨的影响因素

• 影响高能球磨的因素有球磨设备、球磨速度、球磨时间、磨球类型及大小、球料比、球磨温度和过程控制剂等；
• 这些因素都不是独立影响的，而是共同作用。
• 其中球磨时间是最重要的影响因素，
• 最佳球磨时间是粉末的冷焊和破碎达到平衡阶段；
  
• 会因球磨设备、球料比、球磨温度、球磨速度的不同而不同；
• 当球磨超过最佳球磨时间时，将引入更多污染和不理想的相，造成性能下降。

• 10个影响因素（解析见参考链接）：球磨介质、球料比、介质填充率、球磨气氛、过程处理剂、球磨时间、球磨转速、分级球磨、球磨温度、外加物理能场。

参考链接：高能球磨技术在材料制备中的应用及其10个影响因素简析