Механически активированный отжиг

Механически активированный отжиг (М2А) представляет собой процесс, который сочетает короткую длительность МА с низкотемпературным изотермическим отжигом. Было установлено, что комбинация этих двух стадий является эффективной при производстве различных огнеупорных материалов, таких как силициды на основе ниобия, молибдена и т.д. Например, МА порошков молибдена и кремния в течение 1-2 ч в планетарной шаровой мельнице с последующим отжигом от 2 до 24 ч при температуре 800 К создавало фазу MoSi2. Следствием этого метода является то, что оптимизация процесса M2A может привести к ситуации, при которой изотермический отжиг может быть проведен внутри контейнера для измельчения, чтобы избежать загрязнения воздуха конечным продуктом.

Двойное механическое легирование

Двойное механическое легирование (dMA) включает в себя две стадии фрезерования. На первом этапе составляющие элементарные размеры порошка уточняются и равномерно распределяются в виде однородной смеси. Затем эту смесь подвергают тепловой обработке при высоких температурах, во время которых образуются интерметаллические фазы. Размер образующихся интерметаллидов колеблется от менее 1 Am до нескольких микрон. Во время второй стадии термообработанный порошок снова измельчают для уточнения размера порошка интерметаллических фаз и уменьшения размера зерна матрицы. После дегазации порошки объединяются в объемную форму. На рис. 3.1 показана схема процесса процесса dMA и тип микроструктур, разработанных в порошковой смеси Al-5 вес.% Fe-4 вес.% Mn. Это, по-видимому, является полезным процессом для получения тонких интерметаллидов в системах сплавов, которые не могут быть непосредственно получены фрезерованием.

Механикально-активированный самопропагативный высокотемпературный синтез

Еще одним термином, недавно придуманным, является механически активируемый самораспространяющийся высокотемпературный синтез (MASHS), который основан на сочетании МА и процессов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). SHS - это хорошо известный метод получения передовых материалов в качестве практической альтернативы традиционным методам. SHS предлагает преимущества в отношении экономичности процесса и простоты процесса. В типичной реакции SHS смешанные порошки реагентов прессуют в гранулы определенной зеленой плотности и затем зажигают до температуры воспламенения.

Из-за высокой экзотермичности реакции выделяемое тепло позволяет реакции самостоятельно удерживаться. В процессе MASHS порошковая смесь механически легируется для получения нанокристаллической структуры, а затем инициируется реакция SHS путем прессования порошка в гранулу и его зажигания в печи. На предыдущем этапе МА температура воспламенения уменьшается на целых 100%. Таким образом были синтезированы некоторые интерметаллиды алюминида железа и алюминида ниобия. Возможно, что во время операции фрезерования иногда может иметь место реакция SHS, и этот аспект обсуждается в главе 14.

Оксидационно-причисленное фрезерное сокращение

Окисление-измельчение-измельчение (OMR) - еще один термин, который был недавно использован в литературе. В этом способе коммерчески доступные порошки (размером микрометра) окисляются при соответствующих температурах для получения хрупких оксидных порошков. Эти порошки подвергают измельчению на истирание для получения наноразмерных порошков оксидов, которые затем восстанавливают до металлических порошков с размерами нанометровых зерен. Этот метод должен быть особенно полезен для получения нанокристаллических порошков из пластичных металлов и материалов. Необходимо обеспечить, чтобы оксиды таких материалов были хрупкими и чтобы их также легко можно было превратить в чистые металлы.

Механохимическая обработка

Механохимическая обработка (MCP) или механохимический синтез - это термин, применяемый для обработки порошка, при котором химические реакции и фазовые превращения происходят во время измельчения из-за применения механической энергии. Важной особенностью процесса является то, что пластическая деформация и химические процессы происходят почти одновременно. Этот процесс имеет долгую историю с первой публикацией, относящейся к 1892 году. Механохимические реакции могут привести к синтезу новых материалов, восстановлению / окислению, обменным реакциям, разложению соединений и фазовым превращениям как в органических, так и неорганических твердых веществах. Полученные таким образом материалы уже нашли применение в таких областях, как материалы для хранения водорода, газопоглотители, удобрения и катализаторы, и этот метод стал большим усилием в общей области механического легирования и фрезерования. Фактически, серия конференций регулярно проводится по этому аспекту, и четвертый в этой серии был проведен 7-11 сентября 2003 года в Брауншвейге, Германия.

Недавним развитием в этой широкой области МКП материалов является синтез неорганических соединений на основе использования твердых кислот, оснований, гидратированных соединений, кристаллических гидратов и оснований и кислотных солей в качестве сырья. Этот процесс получил название мягкого механохимического синтеза. Напротив, этот процесс будет называться твердым механохимическим синтезом, если в качестве исходных материалов используются безводные оксиды. Метод мягкого механохимического синтеза был использован для синтеза ряда нанокристаллических оксидов, таких как ZrTiO4, Al2TiO5 и ZrSiO4. Размер частиц, полученных этим способом, находится в диапазоне нескольких нанометров и близок к размеру, полученному золь-гель методом. Например, размер частиц ZrTiO4, полученный мягким механохимическим синтезом, составляет 12 нм, в то время как полученный золь-гель процессом составляет 14 нм.

Другие методы

В последние годы было разработано несколько новых методов для получения материалов в неравновесном состоянии. Большинство этих методов дают эффекты, очень похожие на эффекты, полученные в механически легированных порошках. Основное отличие заключается в том, что, хотя МА производит материал в порошкообразной форме, большинство из этих новых методов связано с сыпучими материалами. Еще одно отличие состоит в том, что эти новые способы фокусируются на производстве нанокристаллических и аморфных материалов с учетом их новизны и потенциальных применений. Общей темой всех этих методов является то, что в них участвует тяжелая пластическая деформация, за исключением случая многослойной аморфизации. Тем не менее, этот метод включен сюда, потому что он так похож на MA при производстве аморфных сплавов и других неравновесных фаз. Быстрая обработка затвердевания (RSP) является другим методом получения неравновесных сплавов, а сравнение результатов, полученных RSP и MA, дано в последующих главах. Некоторые из этих новых методов (отличных от RSP) будут кратко описаны ниже.

Повторная холодная прокатка

Повторная холодная прокатка приводит к эффектам, очень похожим на эффекты MA. Как будет показано ниже, МА приводит к повторной прокатке и отгибанию отдельных частиц пластичного металлического порошка. Таким образом, если мы рассмотрим два металла А и В, и если предположить, что стек этих двух металлов (биметаллический слой) имеет толщину do, то прокатка этого пакета за один проход уменьшает толщину, чтобы сделать? (1 / a), где a - величина, обратная уменьшению толщины за один проход. Последующие проходы прокатки дополнительно уменьшают толщину. После n проходов толщина биметаллического слоя уменьшается, чтобы сделать? (1 / a) n. Это схематически показано на рисунке 3.2. Фактический процесс включает заполнение смеси элементарных порошков в трубу из нержавеющей стали внешним диаметром 20 мм и внутренним диаметром 18 мм. Затем тубу, содержащую порошок, прессуют до толщины 8 мм гидравлическим прессом, а затем подвергают холодной прокатке до толщины 0,5 мм. Толщина образца после удаления нержавеющей оболочки составляет около 0,2 мм. Прокатанный образец снова упаковывают в трубку из нержавеющей стали такого же размера, прессуют и прокатывают аналогичным образом. Процесс повторяется до 30 раз. На рис. 3.3 показана схема процесса. Показано, что пересыщенные твердые растворы могут быть получены в образцах Ag-70 на образцах% Cu как методом МА, так и повторными методами холодной прокатки, предполагая, что оба метода дают аналогичные типы метастабильных фаз.

Поскольку в результате повторения простого детерминированного процесса возникает множество беспорядков (хаоса), процесс MA также может быть описан с точки зрения философии, управляющей возникновением хаоса в картографировании, сохраняющем площадь. Появление уточненных микроструктур во время МА может быть легко объяснено с использованием этого подхода. Было обнаружено, что небольшое отклонение от точного линейного картирования создает, по-видимому, более реалистичные структуры МА.

Вместо того, чтобы набивать порошки в трубку из нержавеющей стали, можно также брать тонкие фольги из составляющих металлов, складывать их попеременно и многократно нажимать их. В качестве альтернативы, можно также принимать порошковые смеси, многократно нажимать их, разбивать на мелкие кусочки и повторять процесс. В этих случаях также были получены метастабильные структуры, подобные тем, которые были получены с помощью обычного МА. На рисунке 3.4 показаны схематические виды повторного прессования слоистых тонких пленок и порошков.

Многослойная аморфизация

Аморфные фазы могут быть синтезированы твердофазной реакцией между чистыми пленками поликристаллического металла. Это явление опять-таки похоже на описанный выше повторный процесс холодной прокатки (в котором сообщалось о твердом растворе), а также на то, что в МА, за исключением того, что отклонение от равновесия довольно обширно. Для образования аморфной фазы в этом методе должно выполняться два условия. Один из них заключается в том, что один из видов должен быть быстрым диффузором в другом, а второй - что сплавы должны иметь большую отрицательную теплоту смешения, обеспечивающую необходимую движущую силу для образования аморфной фазы. Процесс состоит в том, что в стопке (при тесном контакте друг с другом) чередуются слои составных металлов и отжигаются при относительно низкой температуре. Вышеприведенные авторы показали, что сплавы Au1xLax в диапазоне состава 0,3 В x V 0,5 могут быть аморфизованы путем твердофазной интердиффузии чистых кристаллических тонких пленок Au и La путем отжига их при температурах 50-80 ° С. Подобные результаты были описаны позже в ряде других систем сплавов.