第三章机械合金化技术介绍ppt课件.ppt

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1、1在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确1 第第3章章 机械合金化技术机械合金化技术2在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确3.1机械合金化概述机械合金化概述定义：定义：机械合金化机械合金化(MechaicalAlloying简称简称MA)是一种制备是一种制备合金粉末的高新技术。它是在合金粉末的高新技术。它是在高能球磨高能球磨的条件下，利用的条件下，利用金属粉末混合物的反复变形、断裂、焊合、原子间相互金属粉末混合物的反复变形、断裂、焊合、原子间相互扩散或发

2、生固态反应形成合金粉末。扩散或发生固态反应形成合金粉末。3在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确3 机械合金化是机械合金化是1970年美国年美国INCO公司的公司的Benjamin发明的一发明的一种材料加工新工艺，最初是用来制备种材料加工新工艺，最初是用来制备Ni基基ODS(oxiddispersionstrengthehed)强化合金，使强化合金，使ThO2等高熔点氧化物能均匀分散等高熔点氧化物能均匀分散到合金基体中。到合金基体中。机械合金化可以实现工业化生产，而粉末烧结法、自蔓延机械合金化可以实现工业化生产，而粉末烧结法

3、、自蔓延法亦可以实现工业化生产，但难以获得如此氧化物弥散分布效法亦可以实现工业化生产，但难以获得如此氧化物弥散分布效果。故果。故MAODS合金的耐热性提高合金的耐热性提高100C。机械合金化技术的起源与发展机械合金化技术的起源与发展4在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确4 最初机械合金化仅着眼与氧化物与金属的混合，近年来，最初机械合金化仅着眼与氧化物与金属的混合，近年来，MA也被用来实现也被用来实现非晶化非晶化。对于那些液态急冷或气相凝固有困难的。对于那些液态急冷或气相凝固有困难的高熔点或蒸气压极其不同的金属元素的合金化十

4、分有意义。高熔点或蒸气压极其不同的金属元素的合金化十分有意义。MA是与液态急冷、化学沉积、溅射等方法不同，原因在于：是与液态急冷、化学沉积、溅射等方法不同，原因在于：MA在在引入大量的缺陷引入大量的缺陷的同时，还伴随着的同时，还伴随着强制固溶、强制扩散强制固溶、强制扩散等过程，使那些不易用上述方法制备的混合物合金化，非晶化。等过程，使那些不易用上述方法制备的混合物合金化，非晶化。这也是一个制备非晶的好方法。这也是一个制备非晶的好方法。5在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确5 机械合金化可开发许多前所未有的新材料机械合金化可

5、开发许多前所未有的新材料:纳米材料、纳米材料、非晶态材料、准晶材料非晶态材料、准晶材料等等这种方法基体成分不受限制，工艺简单，成本低，产量大这种方法基体成分不受限制，工艺简单，成本低，产量大但研磨过程中易产生杂质、污染、氧化和应力，很难得到洁净但研磨过程中易产生杂质、污染、氧化和应力，很难得到洁净的纳米晶体表面。的纳米晶体表面。6在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确机械合金化的球磨装置机械合金化的球磨装置(a)搅拌球磨机搅拌球磨机(b)滚动球磨机滚动球磨机机械合金化的球磨装置主要有以下几种机械合金化的球磨装置主要有以下几种

6、:搅拌球磨机、搅拌球磨机、滚动球磨机、滚动球磨机、行星球磨机和震动球磨机行星球磨机和震动球磨机。滚动+搅拌拌7在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确(c)行星球磨机行星球磨机(d)震动震动球磨机球磨机自自转+公公转8在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确搅拌式球磨机是一种最搅拌式球磨机是一种最有发展前途而且是能量利用率最高有发展前途而且是能量利用率最高的超细粉破碎设备，同样也是的超细粉破碎设备，同样也是最重要的机械合金化设备最重要的机械合金化设备。（1）搅

7、拌式球磨机）搅拌式球磨机搅拌式球磨机又称搅拌式球磨机又称搅拌摩擦式球磨机搅拌摩擦式球磨机，主要由，主要由一个静止的球磨筒体和一个装在筒体中心的搅拌器组一个静止的球磨筒体和一个装在筒体中心的搅拌器组成，筒体内装有磨球，当搅拌器旋转时，磨球和物料成，筒体内装有磨球，当搅拌器旋转时，磨球和物料作多维的作多维的循环运动和自转运动循环运动和自转运动，从而在磨筒内不断地，从而在磨筒内不断地上下、左右相互置换位置产生剧烈的运动，由球磨介上下、左右相互置换位置产生剧烈的运动，由球磨介质重力及螺旋回转产生的挤压力对物料产生冲击、摩质重力及螺旋回转产生的挤压力对物料产生冲击、摩擦和剪切作用，使物料被粉碎。擦和剪切

8、作用，使物料被粉碎。9在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（a）搅拌球磨机的结构和类型）搅拌球磨机的结构和类型搅拌球磨机可以按照搅拌球磨机可以按照搅拌器结构、工作方式搅拌器结构、工作方式和工作和工作状况来分类。状况来分类。搅拌器：搅拌器：搅拌球磨机的搅拌器有多种形式，如桨状叶轮、搅拌球磨机的搅拌器有多种形式，如桨状叶轮、辐射状叶轮、偏心或穿孔盘式轮等。辐射状叶轮、偏心或穿孔盘式轮等。（1）搅拌式球磨机）搅拌式球磨机10在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明

9、确穿孔圆盘型、穿孔圆盘型、轴盘式、辐射轴型搅拌器的示意图轴盘式、辐射轴型搅拌器的示意图（1）搅拌式球磨机）搅拌式球磨机11在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确工作方式：工作方式：（1）搅拌式球磨机）搅拌式球磨机12在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确按其工作状况来分，可分为间歇式、连续式和循按其工作状况来分，可分为间歇式、连续式和循环式。环式。（1）搅拌式球磨机）搅拌式球磨机13在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯

10、度，由浅入深，所提出的问题也很明确搅拌球磨机通过中间轴的旋转、带动搅拌棒作搅拌球磨机通过中间轴的旋转、带动搅拌棒作圆周圆周运动运动来进行粉碎作用，由圆周运动规则可知，磨球的运来进行粉碎作用，由圆周运动规则可知，磨球的运动速度随距转动轴距离不同而不同。由于球磨筒是静止动速度随距转动轴距离不同而不同。由于球磨筒是静止的，所以靠近筒壁的磨球几乎不动，正因为这种速度梯的，所以靠近筒壁的磨球几乎不动，正因为这种速度梯度的存在，使得磨球不是作整体运动，而是作不规则运度的存在，使得磨球不是作整体运动，而是作不规则运动，借助相互作用力而使物料粉碎。动，借助相互作用力而使物料粉碎。14在整堂课的教学中，刘教师总

11、是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确不规则运动所产生的作用力有三种，即不规则运动所产生的作用力有三种，即磨球间互相冲击而磨球间互相冲击而产生的冲击力；磨球转动而产生的剪切力；磨球因填入搅拌杆产生的冲击力；磨球转动而产生的剪切力；磨球因填入搅拌杆所留下的空间而产生的撞击力所留下的空间而产生的撞击力。搅拌球磨机在工作时既可产生。搅拌球磨机在工作时既可产生冲击力，也可产生剪切力，对实现物料的细磨和超细磨都是很冲击力，也可产生剪切力，对实现物料的细磨和超细磨都是很重要的。另外，根据以上分析，搅拌磨产生的最大作用力是在重要的。另外，根据以上分析，搅拌磨产生的

12、最大作用力是在从转动轴心至筒壁从转动轴心至筒壁2/3处。另外，搅拌一般对球磨筒壁不发生严处。另外，搅拌一般对球磨筒壁不发生严重的球磨作用，球磨筒壁只起容器的作用而不是一个球磨表面。重的球磨作用，球磨筒壁只起容器的作用而不是一个球磨表面。球磨筒壁的磨损较小，从而使用寿命较长。球磨筒壁的磨损较小，从而使用寿命较长。15在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（2）滚动球磨机）滚动球磨机球磨机粉碎物料的作用效果主要取决于球和物料的球磨机粉碎物料的作用效果主要取决于球和物料的运动状态运动状态,而球和物料的运动状态又取决于而球和物料的运

13、动状态又取决于球磨筒的转速球磨筒的转速。球和物料的运动状态有三种基本情况：球和物料的运动状态有三种基本情况：效果最好效果最好16在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确球磨机转速较低时球磨机转速较低时,球和物料沿筒体上升至自然坡球和物料沿筒体上升至自然坡度角度角,然后滚下然后滚下,称为称为泻落泻落。这时物料主要靠球体与球体之。这时物料主要靠球体与球体之间的间的摩擦作用摩擦作用。球磨机转速较高时球磨机转速较高时,球在离心力的作用下球在离心力的作用下,随着筒体随着筒体上升的高度较大上升的高度较大,然后在重力作用下掉下来然后在重力作

14、用下掉下来,称为称为抛落抛落。这。这时物料不仅靠球与球和筒壁之间的时物料不仅靠球与球和筒壁之间的摩擦作用摩擦作用,而且靠球落而且靠球落下时的下时的冲击作用冲击作用而粉碎而粉碎,其破碎效果最好。其破碎效果最好。17在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确18在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确(3)振动球磨机振动球磨机振动球磨机是利用磨球在作振动球磨机是利用磨球在作高频振动高频振动的筒体内对物的筒体内对物料进行冲击、摩擦、剪切等作用从而使物料粉碎的球磨料进行

15、冲击、摩擦、剪切等作用从而使物料粉碎的球磨设备。设备。一般球磨机的振动加速度约为一般球磨机的振动加速度约为1g左右（左右（g为重力加速为重力加速度）。而振动球磨机的振动加速度可达重力加速度的度）。而振动球磨机的振动加速度可达重力加速度的310倍，其振动频率可达倍，其振动频率可达2025Hz，因而，因而具有很强的粉碎具有很强的粉碎作用作用。19在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确振动球磨机中磨球产生的高频冲击作用可以阻止被振动球磨机中磨球产生的高频冲击作用可以阻止被磨物料表面裂纹的重新聚合，故可用于磨物料表面裂纹的重新聚合，

16、故可用于超细粉末的制备超细粉末的制备，可制得粒度在可制得粒度在0.5m以下的粉末。以下的粉末。（1）振动球磨机的类型和结构）振动球磨机的类型和结构振动球磨机按其振动特点分为振动球磨机按其振动特点分为惯性式和回转式惯性式和回转式，按筒体数目分为按筒体数目分为单筒式和多筒式单筒式和多筒式振动球磨机，按操振动球磨机，按操作方法又可分为作方法又可分为间歇式和连续式间歇式和连续式振动球磨机。振动球磨机。20在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（2）振动球磨机的粉碎机理）振动球磨机的粉碎机理振动球磨机运动时，球磨筒中磨球的振动较为复杂

17、，振动球磨机运动时，球磨筒中磨球的振动较为复杂，磨球的运动轨迹取决于许多因素，主要包括磨球的运动轨迹取决于许多因素，主要包括振动频率、振动频率、振幅、球磨筒壁侧面曲率、磨球的水平运动以及物料与振幅、球磨筒壁侧面曲率、磨球的水平运动以及物料与球磨筒上表面的接触球磨筒上表面的接触等。通常，球体的运动方向和主轴等。通常，球体的运动方向和主轴的旋转方向相反，除整体运动外，每个磨球还有自转运的旋转方向相反，除整体运动外，每个磨球还有自转运动，而且振动频率愈高，各球层间的相对运动愈强，外动，而且振动频率愈高，各球层间的相对运动愈强，外层运动速度大于内层运动速度。此外，频率越高，球层层运动速度大于内层运动速

18、度。此外，频率越高，球层空隙越大，使球处于悬浮状态，磨球在内部也会脱离磨空隙越大，使球处于悬浮状态，磨球在内部也会脱离磨筒壁发生抛射，对物料产生冲击力。筒壁发生抛射，对物料产生冲击力。21在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确3.2机械合金化工机械合金化工艺参数参数1、球磨机转速、球磨机转速一般认为，球磨机转速越高对粉末施加能量越高。一般认为，球磨机转速越高对粉末施加能量越高。球磨机转速的选择取决于两个方面的因素：球磨机转速的选择取决于两个方面的因素：u球磨机的设计球磨机的设计，如传统球磨机存在临界转速问题，如传统球磨机存在

19、临界转速问题，超过此临界转速，磨球附在球磨筒壁上一起转动，球磨超过此临界转速，磨球附在球磨筒壁上一起转动，球磨效果大大降低，因此，球磨机转速通常选择在效果大大降低，因此，球磨机转速通常选择在临界转速临界转速以下以下。22在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确u生成物的需要生成物的需要，由于高的转速使得容器的温度升得很，由于高的转速使得容器的温度升得很高，对于需要扩散以提高均匀程度或粉末合金化的产高，对于需要扩散以提高均匀程度或粉末合金化的产物是有利的。但是，在某些情况下温度的升高是不利物是有利的。但是，在某些情况下温度的升高

20、是不利的，这是因为高温导致了过饱和固溶体的脱溶或其它的，这是因为高温导致了过饱和固溶体的脱溶或其它亚稳相的形成。另外，高温会导致粉末污染，高温使亚稳相的形成。另外，高温会导致粉末污染，高温使动力学再结晶加强，在纳米晶形成过程中会使平均晶动力学再结晶加强，在纳米晶形成过程中会使平均晶粒尺寸增加，但可降低内应力。粒尺寸增加，但可降低内应力。23在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2、球磨时间、球磨时间它取决于球磨机的类型、球磨强度、球料比和球磨温它取决于球磨机的类型、球磨强度、球料比和球磨温度。选择球磨时间必须考虑以上因素以及

21、具体的粉末体度。选择球磨时间必须考虑以上因素以及具体的粉末体系。必须指出，当球磨时间超过所需的时间时，粉末污系。必须指出，当球磨时间超过所需的时间时，粉末污染程度会增加，所以球磨时间最好是恰恰所需要的球磨染程度会增加，所以球磨时间最好是恰恰所需要的球磨时间，而不超过该时间。时间，而不超过该时间。24在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确3、球磨介质、球磨介质在机械合金化过程中，工具钢、铬钢、调质钢、不锈在机械合金化过程中，工具钢、铬钢、调质钢、不锈钢、轴承钢和钢、轴承钢和WC-Co硬质合金是最常用的球磨介质材料。硬质合金是最

22、常用的球磨介质材料。球磨介质的密度要足够高，以产生足够的冲击力，然而球磨介质的密度要足够高，以产生足够的冲击力，然而在某些特定情况下球磨容器中使用了特殊材料，如铜、在某些特定情况下球磨容器中使用了特殊材料，如铜、钛、铌、氧化锆、玛瑙、部分稳定的氧化锆、蓝宝石、钛、铌、氧化锆、玛瑙、部分稳定的氧化锆、蓝宝石、氮化硅和氮化硅和Cu-Be合金。一般都希望球磨容器、球磨介质和合金。一般都希望球磨容器、球磨介质和被球磨粉末为同一种材料以避免交叉污染。被球磨粉末为同一种材料以避免交叉污染。25在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确球磨介

23、质的尺寸对球磨效率也有影响。一般认为，球磨介质的尺寸对球磨效率也有影响。一般认为，大大尺寸、高密度的磨球尺寸、高密度的磨球对机械合金化有利，因为重的磨球对机械合金化有利，因为重的磨球具有更高的冲击能量。但是，据有的文献报导，某些系具有更高的冲击能量。但是，据有的文献报导，某些系统最终生成的相取决于球磨介质的尺寸。实际上，统最终生成的相取决于球磨介质的尺寸。实际上，“软软”的球磨条件（小尺寸的磨球，低的球磨能量和低的球的球磨条件（小尺寸的磨球，低的球磨能量和低的球料比）看起来更有利于非晶相和亚稳相的形成。通常各料比）看起来更有利于非晶相和亚稳相的形成。通常各种尺寸的磨球均有，以使磨球运动更加随意

24、。种尺寸的磨球均有，以使磨球运动更加随意。26在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确4、球料比和充填系数、球料比和充填系数球料比（球料比（BPR）是球磨过程中一个重要参数，球料比）是球磨过程中一个重要参数，球料比愈大，球磨所需要的时间愈短；愈大，球磨所需要的时间愈短；充填系数一般为充填系数一般为0.5，如果充填系数过大，没有足够的，如果充填系数过大，没有足够的空间使磨球运动，那么球的冲击作用会降低，如果充填空间使磨球运动，那么球的冲击作用会降低，如果充填系数太小，则机械合金化的产率较低系数太小，则机械合金化的产率较低27在整

25、堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确5、球磨气氛、球磨气氛真空，惰性气体，如氩气或氦气真空，惰性气体，如氩气或氦气。一般来说，球磨时。一般来说，球磨时氮气会和很多金属反应，污染粉末。氮气会和很多金属反应，污染粉末。高纯氩气高纯氩气是最常用是最常用的防止氧化或污染的气氛，在有些情况下氮气气氛也可的防止氧化或污染的气氛，在有些情况下氮气气氛也可以防止或降低氧化。不同的气氛可用于不同目的，氮气以防止或降低氧化。不同的气氛可用于不同目的，氮气可用来生成氮化物，氢气可用来生成氢化物，空气可用可用来生成氮化物，氢气可用来生成氢化物，空气可

26、用来生成氧化物和氮化物。另外，气氛类型对最终生成相来生成氧化物和氮化物。另外，气氛类型对最终生成相的特性也有影响。的特性也有影响。28在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确6、工艺控制剂、工艺控制剂为了控制冷焊，可以加入工艺控制剂（为了控制冷焊，可以加入工艺控制剂（PCA），），PCA可以是固体、液体或气体，多为表面活性剂一类的有机可以是固体、液体或气体，多为表面活性剂一类的有机化合物；化合物；在球磨时在球磨时PCA被吸附在粉末表面，降低了冷焊，抑制被吸附在粉末表面，降低了冷焊，抑制了结块，并且降低了粉末的表面活性，导致球磨

27、时间缩了结块，并且降低了粉末的表面活性，导致球磨时间缩短或可以球磨得到更细的粉末，但过多的短或可以球磨得到更细的粉末，但过多的PCA也会影响也会影响原子扩散和污染粉末。原子扩散和污染粉末。PCA的用量为粉末总量的的用量为粉末总量的15mass%。29在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确PCA的用量最终取决于以下几个方面：的用量最终取决于以下几个方面：粉末颗粒的冷粉末颗粒的冷焊特性；焊特性；PCA的化学和热稳定性；的化学和热稳定性；粉末和球磨介质的粉末和球磨介质的量。量。最重要的最重要的PCA有硬脂酸、乙烷、甲醇和乙醇。有硬

28、脂酸、乙烷、甲醇和乙醇。30在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确7、球磨温度球磨温度球磨温度是决定球磨粉末最终相组成的一个重要参数。球磨温度是决定球磨粉末最终相组成的一个重要参数。较高球磨温度下，粉末的晶粒尺寸较大，并且固溶程度较高球磨温度下，粉末的晶粒尺寸较大，并且固溶程度降低。降低。综上所述，机械合金化工艺的选择是一个非常复杂的综上所述，机械合金化工艺的选择是一个非常复杂的问题，除上述条件外，还涉及到球磨机类型、球磨机容问题，除上述条件外，还涉及到球磨机类型、球磨机容器的选择，因此必须根据具体问题进行具体分析。器的选择

29、，因此必须根据具体问题进行具体分析。31在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确3.3机械合金化的球磨机理机械合金化的球磨机理(a)颗粒的粒的夹挤和和压（b）团聚聚(c)团聚聚颗粒的粒的释放放1 1、金属粉末的球磨过程、金属粉末的球磨过程 一般来说金属粉末在球磨时，有四种形式的力作用在一般来说金属粉末在球磨时，有四种形式的力作用在颗粒材料上：颗粒材料上：冲击、摩擦、剪切和压缩冲击、摩擦、剪切和压缩。32在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确碰撞压缩过程可分为

30、三个阶段：碰撞压缩过程可分为三个阶段：（1 1）第一阶段是）第一阶段是粉末颗粒的重排粉末颗粒的重排和和重新叠置重新叠置，颗粒，颗粒形状起着重要作用；形状起着重要作用；（2 2）颗粒的）颗粒的弹性和塑性变形弹性和塑性变形以及金属颗粒发生以及金属颗粒发生冷焊冷焊，金属发生金属发生加工硬化；加工硬化；（3 3）颗粒进一步变形、密实或者被压碎破裂。硬脆）颗粒进一步变形、密实或者被压碎破裂。硬脆粉末直接破裂，延性粉末变形、冷焊、加工硬化或断裂。粉末直接破裂，延性粉末变形、冷焊、加工硬化或断裂。33在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确

31、微锻微锻是指在最初的球磨过程中，由于磨球的冲击，延是指在最初的球磨过程中，由于磨球的冲击，延性颗粒被压缩变形。颗粒反复地被磨球冲击压扁，同时性颗粒被压缩变形。颗粒反复地被磨球冲击压扁，同时单个颗粒的质量变化很小或没有变化。单个颗粒的质量变化很小或没有变化。脆性粉末一般没脆性粉末一般没有微锻过程。有微锻过程。断裂断裂是指球磨一段时间后，单个颗粒的变形达到某种是指球磨一段时间后，单个颗粒的变形达到某种程度，裂纹萌生、扩展并最终使颗粒断裂。颗粒中的缝程度，裂纹萌生、扩展并最终使颗粒断裂。颗粒中的缝隙、裂纹、缺陷及夹杂都会促进颗粒的断裂。隙、裂纹、缺陷及夹杂都会促进颗粒的断裂。34在整堂课的教学中，刘

32、教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确团聚团聚是指颗粒由于冷焊，海棉状或具有粗糙表面的颗是指颗粒由于冷焊，海棉状或具有粗糙表面的颗粒机械连结或自粘结产生的聚合。粒机械连结或自粘结产生的聚合。自粘结是颗粒间分子相互作用，具有自粘结是颗粒间分子相互作用，具有范德华力范德华力的特性。的特性。反团聚反团聚：自粘结形成团粒的破碎过程。：自粘结形成团粒的破碎过程。35在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确金属粉末的破碎机理金属粉末的破碎机理金属粉末在球磨过程中的第一阶段为金属粉末在球磨过

33、程中的第一阶段为微锻过程微锻过程，在这一阶段，颗，在这一阶段，颗粒发生变形，但没有发生因焊接而产生的团聚和断裂，最后，由于粒发生变形，但没有发生因焊接而产生的团聚和断裂，最后，由于冷加工，颗粒的变形和脆裂非常严重。冷加工，颗粒的变形和脆裂非常严重。第二阶段，在无强大聚集力情况下，由于第二阶段，在无强大聚集力情况下，由于微锻和断裂交替作用微锻和断裂交替作用，颗粒尺寸不断减小。当颗粒（特别是片状颗粒）被粉碎得较细时，颗粒尺寸不断减小。当颗粒（特别是片状颗粒）被粉碎得较细时，相互间的联结力趋于增加，团粒变得密实。相互间的联结力趋于增加，团粒变得密实。最后阶段，最后阶段，反团聚的球磨力反团聚的球磨力与

34、与颗粒间的相互联结力颗粒间的相互联结力之间达到平衡，之间达到平衡，从而生成平衡团聚颗粒，这种平衡团聚颗粒的粒度也就是粉碎的极从而生成平衡团聚颗粒，这种平衡团聚颗粒的粒度也就是粉碎的极限粒度。限粒度。36在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确3.3机械合金化的球磨机理机械合金化的球磨机理粉末分成粉末分成 延性延性/延性粉末球磨体系延性粉末球磨体系 延性延性/脆性粉脆性粉末球磨体系末球磨体系 脆性脆性/脆性粉末球磨体系脆性粉末球磨体系（1）延性延性/延性粉末球磨体系（面心立方延性粉末球磨体系（面心立方Al-Cu、Cu-Ag）其中

35、至少有一种粉末应具有其中至少有一种粉末应具有15%15%以上的塑性变形能力，以上的塑性变形能力，延性延性/延性体系，如延性体系，如Al-CuAl-Cu、Cu-AgCu-Ag、Cu-NiCu-Ni、Al-NiAl-Ni等，另等，另外外Fe-CrFe-Cr和和Ni-CrNi-Cr合金系也属于延性合金系也属于延性/延性粉末球磨体系延性粉末球磨体系37在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确延性组分和延性组分粉末间的机械合金化过程延性组分和延性组分粉末间的机械合金化过程划分为五个阶段：划分为五个阶段：为球与粉碰撞产生为球与粉碰撞产生微

36、锻微锻，延性粉末颗粒变成，延性粉末颗粒变成片状片状和和碎碎块状块状，少量的粉末（通常，少量的粉末（通常12颗粒厚）被冷焊到磨球表面，颗粒厚）被冷焊到磨球表面，焊合层阻止了球磨介质表面的过度磨损，同样也减少了焊合层阻止了球磨介质表面的过度磨损，同样也减少了污染。由于微锻和断裂过程交替进行，粉末的粒度随球污染。由于微锻和断裂过程交替进行，粉末的粒度随球磨时间的延长不断减小。磨时间的延长不断减小。38在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确广泛广泛冷焊冷焊的过程，片状粉末被焊合在一起形成层状的的过程，片状粉末被焊合在一起形成层状的复

37、合组织，随着断裂和冷焊的交替进行，复合粒子发生复合组织，随着断裂和冷焊的交替进行，复合粒子发生加工硬化，硬度和脆性均增加，颗粒尺寸进一步细化，加工硬化，硬度和脆性均增加，颗粒尺寸进一步细化，层间距减小，且呈卷曲状层间距减小，且呈卷曲状开始开始合金化合金化，合金化是在诸多因素共同作用下进行的，合金化是在诸多因素共同作用下进行的，如由球磨产生的热效应，塑性变形产生的晶体缺陷所形如由球磨产生的热效应，塑性变形产生的晶体缺陷所形成的易扩散路径，层状组织更微细和更弯曲引起的扩散成的易扩散路径，层状组织更微细和更弯曲引起的扩散距离缩短等等。距离缩短等等。39在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习

38、，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确随球磨过程的继续进行，随球磨过程的继续进行，层间距逐渐减小到连光学显微层间距逐渐减小到连光学显微镜也无法分辨。镜也无法分辨。继续球磨，继续球磨，完全互溶完全互溶的组的组分之间在原子尺度上实现合金分之间在原子尺度上实现合金化，即形成了金属粉末的机械化，即形成了金属粉末的机械合金化合金化40在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2延性延性/脆性粉末球磨体系脆性粉末球磨体系金属和陶瓷组成的体系、金属与类金属（金属和陶瓷组成的体系、金属与类金属（Si、B、C）、）、金属与金

39、属间化合物金属与金属间化合物机械合金化过程中，延性组元同样有机械合金化过程中，延性组元同样有微锻变平微锻变平和和破碎破碎断裂断裂过程，而脆性组元很快被粉碎。过程，而脆性组元很快被粉碎。41在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第一阶段仍然为第一阶段仍然为破碎破碎过程，磨球与粉末之间的碰撞使过程，磨球与粉末之间的碰撞使塑性金属粉末变平，成为片状或饼状，脆性组元则发生塑性金属粉末变平，成为片状或饼状，脆性组元则发生破碎。破碎。第二阶段是第二阶段是片状延性粉末和硬脆的粒状粉末形成层状片状延性粉末和硬脆的粒状粉末形成层状复合组织复合

40、组织，硬脆粉末集中在两层延性粉末的交界处。，硬脆粉末集中在两层延性粉末的交界处。第三阶段，随着球磨过程的继续，粉末反复焊合、断第三阶段，随着球磨过程的继续，粉末反复焊合、断裂，裂，延性粉末发生加工硬化延性粉末发生加工硬化，片状组织发生弯曲、断裂，片状组织发生弯曲、断裂和细化，延性粉末和脆性粉末之间越来越接近，最终混和细化，延性粉末和脆性粉末之间越来越接近，最终混合并且呈卷曲状。合并且呈卷曲状。42在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确如果脆性相与基体不相溶，则导致如果脆性相与基体不相溶，则导致脆性相的进一步细脆性相的进一步细

41、化且弥散分布化且弥散分布，如，如ODS（氧化物弥散强化）合金。（氧化物弥散强化）合金。若脆性相与基体相溶，则产生若脆性相与基体相溶，则产生合金化反应合金化反应，这和延性，这和延性/延性粉末的球磨机理类似。延性粉末的球磨机理类似。一般来说，弥散质点间距和冷焊间距相当，片间距一一般来说，弥散质点间距和冷焊间距相当，片间距一般为般为0.5m，经过非常长时间的球磨后，最小片间距可达，经过非常长时间的球磨后，最小片间距可达0.01m以下。以下。43在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确3脆性脆性/脆性粉末球磨体系（脆性粉末球磨体系（S

42、i-Ge固溶体、固溶体、Mn-Bi金属金属间化合物、非晶合金）化合物、非晶合金）脆脆/脆系粉末在球磨过程中，某些组分间能够发生扩散脆系粉末在球磨过程中，某些组分间能够发生扩散传输。传输。塑性变形塑性变形是对这种扩散传输过程有贡献的可能机是对这种扩散传输过程有贡献的可能机制之一。制之一。球磨时脆性组分能够发生塑性变形的原因为球磨时脆性组分能够发生塑性变形的原因为局部温局部温度升高；度升高；具有无缺陷区的微变形；具有无缺陷区的微变形；表面变形；表面变形；球球磨过程中粉末内部的静水应力状态磨过程中粉末内部的静水应力状态。44在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度

43、，由浅入深，所提出的问题也很明确一般的，脆性材料的球磨存在一个一般的，脆性材料的球磨存在一个粒度极限粒度极限，当达到，当达到这一极限值时，进一步球磨粉末颗粒的尺寸不再减小，这一极限值时，进一步球磨粉末颗粒的尺寸不再减小，这时球磨提供的能量有可能改变粉末的热力学状态，引这时球磨提供的能量有可能改变粉末的热力学状态，引起起合金化合金化。摩擦磨损摩擦磨损也可能是脆也可能是脆/脆粉末实现机械合金化的机制之脆粉末实现机械合金化的机制之一。在球磨脆性材料时，具有低粗糙度和锋利边缘的脆一。在球磨脆性材料时，具有低粗糙度和锋利边缘的脆性不规则尖锐粒子可嵌入到其它粒子中，并引起塑性流性不规则尖锐粒子可嵌入到其它

44、粒子中，并引起塑性流变变-冷焊，而不是断裂，因此使得机械合金化能够进行。冷焊，而不是断裂，因此使得机械合金化能够进行。45在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确3.4机械合金化原理机械合金化原理3.4.1机械力化学原理机械力化学原理所谓机械化学（所谓机械化学（mechanochemistry）亦称）亦称机械力化学或力机械力化学或力化学化学，是利用机械能诱发化学反应和诱导材料组织、结构和性，是利用机械能诱发化学反应和诱导材料组织、结构和性能的变化，来制备新材料或对材料进行改性处理。能的变化，来制备新材料或对材料进行改性处理。机

45、械力作用于固体物质时，不仅引发劈裂、折断、变形、机械力作用于固体物质时，不仅引发劈裂、折断、变形、体积细化等物理变化，而且随颗粒的尺寸逐渐变小、比表面积体积细化等物理变化，而且随颗粒的尺寸逐渐变小、比表面积不断增大，产生能量转换，其内部结构、物理化学性质以及化不断增大，产生能量转换，其内部结构、物理化学性质以及化学反应活性也会相应的产生变化。学反应活性也会相应的产生变化。46在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确机械力化学的特征：机械力化学的特征：（1）机械力作用可以诱发产生一些利用热能难于或无法进）机械力作用可以诱发产生一

46、些利用热能难于或无法进行的化学反应；行的化学反应；（2）有些物质的机械化学反应与热化学反应有不同的反应）有些物质的机械化学反应与热化学反应有不同的反应机理；机理；NaBrO3；（3）机械力化学反应速度快；）机械力化学反应速度快；（4）与热化学相比机械化学受周围环境的影响要小得多；）与热化学相比机械化学受周围环境的影响要小得多；（5）机械化学反应可沿常规条件下热力学不可能发生的方）机械化学反应可沿常规条件下热力学不可能发生的方向进行；向进行；47在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确机机械械化化学学效效应：应：机械力作用机械力

47、作用物理效物理效应结晶状晶状态化学化学变化化颗粒粒细化、晶粒化、晶粒细化化产生裂生裂纹表表观和真密度和真密度变化，比表面化，比表面积增加增加产生晶格缺陷生晶格缺陷发生晶格畸生晶格畸变结晶程度降低，甚至无定型化晶程度降低，甚至无定型化晶型晶型转变含含结晶水或晶水或OH羟基物的脱水基物的脱水降低反降低反应活化能、形成新化合物的晶核或活化能、形成新化合物的晶核或细晶晶形成合金或固溶体形成合金或固溶体化学化学键的断裂，体系的断裂，体系产生化学生化学变化化48在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确1.颗粒粒径和比表面粒粒径和比表面积的

48、的变化化物质在受到机械力的研磨作物质在受到机械力的研磨作用下，最初表现出的外观变用下，最初表现出的外观变化是化是颗粒细化颗粒细化，即颗粒粒径，即颗粒粒径变小，相应的比表面积增大。变小，相应的比表面积增大。但是颗粒粒径虽随时间的增但是颗粒粒径虽随时间的增加而不断的减小，然而加而不断的减小，然而比表比表面积却会在一定时间后又下面积却会在一定时间后又下降。降。49在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2.密度密度变化化机械机械力化学还会引发固体物质密度的变化。固体物力化学还会引发固体物质密度的变化。固体物质经过机械力粉碎后，表观密

49、度的变化主要是由颗粒粒质经过机械力粉碎后，表观密度的变化主要是由颗粒粒径大小级配不一造成的；而真密度的变化则是由于固体径大小级配不一造成的；而真密度的变化则是由于固体物质的晶体结构变化或是发生了化学反应所造成的。物质的晶体结构变化或是发生了化学反应所造成的。经经机械力粉磨作用后，物质密度的变化也因物质的机械力粉磨作用后，物质密度的变化也因物质的不同而异。不同而异。50在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确3.晶格畸晶格畸变及及颗粒非晶化粒非晶化机械冲击机械冲击力、剪切力、压力等都会造成晶体颗粒形变。力、剪切力、压力等都会造成

50、晶体颗粒形变。发生形变的晶粒，经发生形变的晶粒，经X射线衍射分析，得不到理想的衍射图，射线衍射分析，得不到理想的衍射图，但按但按X衍射图衍射峰强度和衍射峰的宽度，可以定量分析晶衍射图衍射峰强度和衍射峰的宽度，可以定量分析晶格畸变和无定形化程度。格畸变和无定形化程度。51在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确52在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确4.晶体晶体结构构变化化机械力化学还导致晶体结构的整体变化，这种变化主要发生在具机械力化学还导致晶体结构的整体