Промежуточный этап обработки

С продолжением фрезерования продолжают происходить события холодной сварки и трещиноватости, что приводит к микроструктурной доработке. На этом этапе частицы состоят из свернутых ламелей (рис. 6.3b). Из-за увеличенного количества холодной обработки количество введенных кристаллических дефектов, дислокаций, вакансий, границ зерен и т.д. Увеличивается со временем, и они обеспечивают пути распространения короткого замыкания. Воздействие шарикового шара, шарикового порошка и столкновения с шаровой стенкой также вызывает повышение температуры порошка, что еще больше облегчает диффузию. Образование сплава (стабильная или метастабильная фаза) происходит из-за комбинированного эффекта всех этих факторов. На этом этапе продолжается микроструктурная доработка, и дисперсия оксидов становится более однородной.

Окончательная стадия обработки

На этом этапе ламели становятся мельче и более запутанными (рис. 6.3c), а состав отдельных частиц порошка приближается к составу общей композиции исходной смеси. Расстояние между пластинчатым и рассеянным слоем меньше 1 атм, а микротвердость частиц достигает уровня насыщения из-за накопления энергии деформации.

По завершении процесса ламели больше не разрешаются под оптическим микроскопом. Дальнейшая обработка не улучшит распределение дисперсоида, а композиции отдельных порошков теперь эквивалентны исходной порошковой смеси. Это называется устойчивым состоянием.

Эволюция размера частиц

Как упомянуто выше, частицы порошка пластически деформируются и подвергаются холодной сварке, если они являются мягкими. Кроме того, упрочнение происходит за счет силы удара шлифовальной среды и, в конечном счете, из разрушенных частиц порошка. Свежие и атомарно чистые поверхности, созданные во время разрушения, позволяют сваривать частицы в холодном состоянии, что приводит к увеличению размера частиц. Так как на ранних стадиях измельчения частицы являются мягкими (если мы используем либо вязкопластичную, либо пластично-хрупкую комбинацию материалов), их склонность к свариванию и образованию крупных частиц является высокой. Разрастается широкий диапазон размеров частиц, при этом некоторые в три раза больше, чем исходные частицы (рис.6.4). Составные частицы на этой стадии имеют характерную слоистую структуру, состоящую из различных комбинаций исходных компонентов. Даже если используется один компонент или предварительно обработанный порошок (например, при ММ), размер частиц увеличивается из-за холодной сварки мелких частиц. При постоянной деформации частицы подвергаются закалке и разрушению механизмом разрушения усталости и / или фрагментацией хрупких чешуек. Фрагменты, генерируемые этим механизмом, могут продолжать уменьшаться в размерах в отсутствие сильных агломерационных сил. На этом этапе тенденция к разрушению преобладает над холодной сваркой. Из-за постоянного воздействия шариков размалывания структура частиц постоянно улучшается, но размер частиц остается таким же. Следовательно, межслоевое расстояние уменьшается и число слоев в частице увеличивается.

Однако следует помнить, что эффективность уменьшения размера частиц очень низкая (около 0,1% в обычной шаровой мельнице). Эффективность может быть несколько выше при высокоэнергетических процессах шарового помола, но все еще меньше 1%. Оставшаяся энергия теряется главным образом в виде тепла, но небольшое количество также используется в упругой и пластической деформации частиц порошка.

После измельчения в течение определенного периода времени установившееся равновесие достигается, когда достигается баланс между скоростью сварки, которая имеет тенденцию к увеличению среднего размера частиц, и скоростью разрыва, которая имеет тенденцию к уменьшению среднего размера частиц композиционного материала, меньшие частицы могут выдерживать деформацию без трещин и иметь тенденцию свариваться в более крупные куски с общей тенденцией к перемещению как очень мелких, так и очень крупных частиц в сторону промежуточного размера. Распределение частиц по размерам на этой стадии узкое, потому что частицы, большие, чем в среднем, уменьшаются в размере с той же скоростью, что и фрагменты, меньшие, чем средние, растут за счет агломерации меньших частиц (рисунок 6.5).

Из вышесказанного ясно, что во время МА тяжелая деформация вводится в частицы. Это проявляется в наличии множества кристаллических дефектов, таких как дислокации, вакансии, дефекты штабелирования и увеличенное количество границ зерен. Наличие этой дефектной структуры усиливает диффузию растворенных элементов в матрицу. Кроме того, усовершенствованные микроструктурные функции уменьшают диффузионные расстояния. Кроме того, незначительное повышение температуры во время фрезерования дополнительно способствует диффузионному поведению; Следовательно, истинное легирование происходит среди составляющих элементов. Хотя это легирование обычно происходит номинально при комнатной температуре, иногда может потребоваться отжиг механически легированного порошка при слегка повышенной температуре для легирования. Это особенно верно, когда требуется образование интерметалликов.

Конкретные времена, необходимые для разработки данной структуры в любой системе, будут зависеть от начального размера частиц и механических характеристик ингредиентов, а также от конкретного оборудования, используемого для проведения МА операций и рабочих параметров оборудования. Однако в большинстве случаев скорость измельчения внутренней структуры (размер частиц, размер кристаллитов, расстояние между пластинами и т.д.) Приблизительно логарифмически зависит от времени обработки, и поэтому размер исходных частиц относительно невелик. В течение от нескольких минут до часа пластинчатые промежутки обычно становятся малыми, а размер кристаллита (или зерна) уточняется до размеров нанометра (1 нм = 10-9 м или 10 A) (рисунок 6.6). Легкость, с которой могут синтезироваться наноструктурированные материалы, является одной из причин того, что MA широко используется для получения нанокристаллических материалов (см. Главу 13).

Как упомянуто выше, возможно проводить МА трех различных комбинаций металлов и сплавов: (1) пластично-пластичный, (2) пластично-хрупкий и (3) хрупко-хрупкий. Поэтому удобно обсуждать механизм МА в терминах этих категорий.

Вязко—профильные компоненты

Ковкий-ковкий-это идеальное сочетание материалов для мА. Бенджамин предположил, что надо было иметь по крайней мере 15% компонента шаровидного добиться сплавления. Это произошло потому, что истинная легирующих результаты многократного действия холодной сварки и разрушения частиц порошка; холодная сварка невозможна, если частицы не ковкий. Впрочем, впоследствии мы увидим, что этот фактор действительно не важно, поскольку легирование происходит даже в полностью хрупких материалов.

Бенджамин и Волин впервые описал механизм легирования в системе с участием двух различных компонентов ковкий. Было высказано предположение, что на ранних стадиях мА компоненты дуктильный вам уплощены тромбоцитов/блин формы процесса microforging. Небольшое количество порошка, как правило, одну или две толщины частиц, также получает приварен к шаровой поверхности. Такое покрытие порошка на помол средний это выгодно, потому что это предотвращает чрезмерный износ шлифовальной среды. Однако, толщина порошкового слоя на шлифовальном среды должны быть сведены к минимуму, чтобы избежать образования гетерогенного продукта. На следующем этапе, уплощенные частицы становятся холодными сварены вместе и образуют композитные пластинчатые структуры составных металлов. Увеличение размера частиц наблюдается на данном этапе. С увеличением времени механоактивации, составные частицы порошка получают работу, закаленные, твердостью и, следовательно, увеличивается хрупкость, и частиц раздробленной в результате чего частицы с более равноосной размеры. С последующей фрезеровкой, элементаль ламели сварного слоя и грубых и тонких порошков становятся извитые, а не линейная (Рис. 6.7). Это из-за случайной сварки из равноосных частиц порошка без каких-либо особых предпочтений в ориентации, с которыми они сваривают. Легирование начинает происходить на этой стадии из-за снижение диффузионного расстояния (interlamellar интервал), повышенной плотности дефектов решетки, а также нагревательные, которые могут иметь место во время фрезерования. Твердость и размер частиц, как правило, достигают насыщения значение на данном этапе, называется стационарной стадии обработки. С последующей фрезеровкой, правда легирования происходит на атомном уровне, в результате которых образуются твердые растворы, интерметаллиды, или даже аморфных фаз. Дистанционирование слоя становится так хорошо на данном этапе, что он не был виден в оптический или электронный микроскоп.

Показанием завершения процесса МА и достижения гомогенной структуры в порошке является легкость, с которой порошок может быть удален из измельчающей среды. Бенджамин показал, что из элементарных порошков можно получить истинный сплав Ni-Cr, показав, что магнитное поведение механически легированного порошка было идентично магнитному поведению однородного сплава Ni-Cr, полученного плавлением и обработкой.

Несмотря на то, что структурная очистка является статистическим процессом, поскольку существует большое разнообразие структур, особенно на начальных стадиях МА, скорость структурной обработки была определена зависящей от скорости ввода механической энергии в процесс и скорости упрочнения заготовки Обрабатываемый материал.