。840 北京科技大学学报 第31卷 速条件下，不同球磨时间所得粉末的粒度分布情况. 机械合金化作为一种固态粉末制备的新工艺， 从图6中可以看出，粉末粒径随着球磨时间的增大 其中粉末的污染是一个非常突出的问题.在研磨过 而减小.球磨时间低于30h时，粒径减小很快：球磨 程中，由于磨球、粉体和磨罐的相互作用，磨球和磨 30h后，粉末平均粒径为13.4m:当球磨时间超过 罐中的成分不可避免地进入合金化粉末，对粉末造 30h时，粒径则基本保持不变.值得注意的是，球磨 成污染.目前常用的研磨容器材料通常为淬火钢、 60h时，粒度分布范围变宽，大于15m的颗粒数目 工具钢、不锈钢和硬质合金等.对380r·min1转 比球磨30h的还要多：说明这时合金粉发生了明显 速、球磨30h所得合金粉的实际成分进行了测试， 的团聚.在本实验条件下，球磨30h粉末的粒径已 结果为Fe-1L.96C一2.09W0.52Ti与合金的设计 经接近球磨极限粒度.根据粒度分布数据可以计算 成分(Fe一12C一2.2W0.5Ti)非常接近；说明通过 出粉末的平均粒径.球磨14h后，粉末平均粒径从 选用与球磨粉末体系成分相近的不锈钢磨罐和磨 74m迅速降低到16m.继续延长球磨时间至120 球，能尽可能地减少磨罐和磨球对合金粉末的污染. h,粉末平均粒径保持在9.7m左右，如图7所示. 粉末中的氧含量（不包括Y203结合的氧）是评 价机械合金化效果的一个重要依据.如果球磨中引 100 入了过多的氧，所形成的氧的夹杂物对后续的致密 80 化和力学性能都将产生不利的影响.用惰气脉冲红 --14h 外热导法(ASTME1019一2005)测定了球磨前、后合 60 --30h -·-60h ÷-90h 金粉中氧的质量分数分别为0636%和0826%. 40 -120h 球磨后的氧含量的高低与两个因素密切相关：一是 原始粉末的氧含量：二是球磨引起粉末的细化细化 后的粉末更容易发生氧化.实验中所采用的金属粉 10152025303540 末性质比较活泼，易发生氧化，原始粉中氧的质量分 粒度m 数就高达0636%.球磨30h后，粉末的平均粒径 图6380r"minˉ1转速下不同球磨时间所得 减小到13.4m,粉末更易发生氧化，球磨过程引入 粉末的累积粒度分布 了质量分数0.19%的氧.因此在下一步工作中需要 Fig 6 Accumulated size distribu tion as a function of 对球磨的粉末采取一定的保护措施以降低因球磨而 milling time 380r'min 引入的氧含量. 3结论 (1)在相同的球磨时间下，转速为380和500r° 0 min的球磨效率高于260rmin.500rmin1下 球磨30h时，粉末将发生明显的团聚.综合而言，转 30 速为380 r'min时既能够保持较高的球磨效率，又 不会使粉末发生明显的团聚，为最优的转速 104 (2)转速固定为380rmin,当球磨时间为 20 40 6080100 120 30h时，粉末平均粒径和晶粒度随着球磨时间的增 球磨时可 加而分别迅速减小至13.4m和101nm.球磨时 图7平均粒径随球磨时间的变化 间继续增加，粉末的粒径和晶粒度变化不大.球磨 Fig 7 Mean particle size as a function of milling time 30h后，W,Ti等合金元素己固溶入基体中，粉末内 (3)球磨时间对合金元素分布的影响.为了研 部的成分分布均匀，所以，最优的球磨时间为30h. 究球磨后各合金元素在粉末内部的分布情况，通过 (3)球磨前后粉末的成分对比表明，球磨过程 对粉末进行镶样抛光，采用EDS对粉末内部的元素 中对粉末基本没有造成污染.但是使用纯金属粉作 分布做面扫描分析.图8为380rmin1转速、球磨 为机械合金化的原料会引入大量的氧，球磨30h后 30h条件下获得的粉末断面成分的面扫描分析图. 粉末的氧含量达到0.826%（质量分数）.在下一步 经过30h的球磨，Cr、W和Ti等合金元素在粉末内 工作中需要对球磨的粉末采取一定的保护措施，以 部分布比较均匀. 降低因球磨而引入的氧含量.速条件下 ,不同球磨时间所得粉末的粒度分布情况 . 从图 6 中可以看出 ,粉末粒径随着球磨时间的增大 而减小.球磨时间低于 30h 时,粒径减小很快;球磨 30 h 后, 粉末平均粒径为 13.4 μm ;当球磨时间超过 30 h 时, 粒径则基本保持不变.值得注意的是, 球磨 60 h 时, 粒度分布范围变宽 ,大于 15μm 的颗粒数目 比球磨 30 h 的还要多 ;说明这时合金粉发生了明显 的团聚 .在本实验条件下 , 球磨 30 h 粉末的粒径已 经接近球磨极限粒度 .根据粒度分布数据可以计算 出粉末的平均粒径.球磨 14 h 后 ,粉末平均粒径从 74 μm 迅速降低到 16 μm .继续延长球磨时间至 120 h ,粉末平均粒径保持在 9.7 μm 左右,如图 7 所示 . 图 6 380 r·min -1转速下不同球磨时间所得 粉末的累积粒度分布 Fig.6 Accumulat ed size distribu tion as a function of milling time at 380 r·min -1 图 7 平均粒径随球磨时间的变化 Fig.7 Mean particle size as a function of milling time (3)球磨时间对合金元素分布的影响.为了研 究球磨后各合金元素在粉末内部的分布情况, 通过 对粉末进行镶样抛光 ,采用 EDS 对粉末内部的元素 分布做面扫描分析.图 8 为 380 r·min -1转速、球磨 30 h 条件下获得的粉末断面成分的面扫描分析图 . 经过 30 h 的球磨,Cr 、W 和 Ti 等合金元素在粉末内 部分布比较均匀 . 机械合金化作为一种固态粉末制备的新工艺, 其中粉末的污染是一个非常突出的问题.在研磨过 程中 ,由于磨球 、粉体和磨罐的相互作用 , 磨球和磨 罐中的成分不可避免地进入合金化粉末 , 对粉末造 成污染.目前常用的研磨容器材料通常为淬火钢、 工具钢 、不锈钢和硬质合金等.对 380 r·min -1转 速 、球磨 30 h 所得合金粉的实际成分进行了测试, 结果为 Fe-11.96Cr-2.09W-0.52Ti 与合金的设计 成分(Fe-12Cr-2.2W-0.5Ti)非常接近;说明通过 选用与球磨粉末体系成分相近的不锈钢磨罐和磨 球 ,能尽可能地减少磨罐和磨球对合金粉末的污染. 粉末中的氧含量(不包括 Y2O3 结合的氧)是评 价机械合金化效果的一个重要依据 .如果球磨中引 入了过多的氧 ,所形成的氧的夹杂物对后续的致密 化和力学性能都将产生不利的影响 .用惰气脉冲红 外热导法(ASTM E1019 —2005)测定了球磨前、后合 金粉中氧的质量分数, 分别为 0.636 %和 0.826 %. 球磨后的氧含量的高低与两个因素密切相关 :一是 原始粉末的氧含量 ;二是球磨引起粉末的细化, 细化 后的粉末更容易发生氧化.实验中所采用的金属粉 末性质比较活泼, 易发生氧化,原始粉中氧的质量分 数就高达 0.636 %.球磨 30 h 后 , 粉末的平均粒径 减小到 13.4 μm ,粉末更易发生氧化 ,球磨过程引入 了质量分数 0.19 %的氧.因此在下一步工作中需要 对球磨的粉末采取一定的保护措施以降低因球磨而 引入的氧含量. 3 结论 (1)在相同的球磨时间下 ,转速为380 和500 r· min -1的球磨效率高于 260 r·min -1 .500 r·min -1下 球磨 30 h 时 ,粉末将发生明显的团聚 .综合而言,转 速为 380 r·min -1时既能够保持较高的球磨效率 ,又 不会使粉末发生明显的团聚 ,为最优的转速. (2)转速固定为 380 r·min -1 , 当球磨时间为 30 h 时 ,粉末平均粒径和晶粒度随着球磨时间的增 加而分别迅速减小至 13.4 μm 和 10.1 nm .球磨时 间继续增加, 粉末的粒径和晶粒度变化不大 .球磨 30 h 后 ,W 、Ti 等合金元素已固溶入基体中 ,粉末内 部的成分分布均匀 ,所以,最优的球磨时间为 30 h . (3)球磨前后粉末的成分对比表明, 球磨过程 中对粉末基本没有造成污染 .但是使用纯金属粉作 为机械合金化的原料会引入大量的氧, 球磨 30 h 后 粉末的氧含量达到 0.826 %(质量分数).在下一步 工作中需要对球磨的粉末采取一定的保护措施, 以 降低因球磨而引入的氧含量 . · 840 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷