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行业技术|制备纳米晶材料的一个有效方法

   更新日期:2017-03-25     来源:建材之家    作者:博一建材  浏览:74    评论:0    
核心提示:纳米晶材料具有许多常规材料所不具备的物理与力学性能,因而引起材料界的广泛关注。金属纳米晶组织的获得,一般只有通过非平衡凝固(快速凝固)或机械合金化方法才容易实现,但这两类方法通常只能制备出粉末或薄带材料,而从实际应用而言,通常需要的是大块致密的纳米晶材料。由于纳米晶组织的热稳定性差,常规的粉末冶金固结成形方法容易造成晶粒的过度长大。如何解决这个难题,是大块纳米晶材料能够实现工业化生产的一个关键。热
博一建材讯:纳米晶材料具有许多常规材料所不具备的物理与力学性能,因而引起材料界的广泛关注。金属纳米晶组织的获得,一般只有通过非平衡凝固(快速凝固)或机械合金化方法才容易实现,但这两类方法通常只能制备出粉末或薄带材料,而从实际应用而言,通常需要的是大块致密的纳米晶材料。由于纳米晶组织的热稳定性差,常规的粉末冶金固结成形方法容易造成晶粒的过度长大。如何解决这个难题,是大块纳米晶材料能够实现工业化生产的一个关键。

热静液挤压工艺可以在较低温度下实现金属粉末材料的固结致密与成形,已有研究表明,将热静液挤压工艺与机械合金化等制备纳米晶金属粉末的手段结合起来,是制备大块纳米晶材料的一种有效方法。

一、铝基合金。现代航空航天、汽车等工业的迅速发展,对高比强铝合金的需求日益增加。为了提高2024铝合金的强度性能,哈尔滨工业大学采用快速凝固与机械合金化相结合方法,制备了2024铝合金纳米晶粉末,然后对该粉末材料进行热静液挤压固结成形,所获得的材料晶粒尺寸控制在150nm以下,力学性能优异,室温屈服强度和抗拉强度分别达到510MPa和550MPa,延伸率为12%。若在450℃挤压成形后直接进行淬火固溶处理,再经150℃×6h的时效,材料的室温屈服强度和抗拉强度可进一步提高到580MPa,且延伸率能保持原有水平。

在机械合金化制备的耐热铝合金中,Al-Fe-Ni合金具有轻质、高强和优良的耐热性能。据报道,采用机械合金化与热静液挤压相结合的方法制备出Al-4.9Fe-4.9Ni合金,平均晶粒尺寸可控制在100~150nm,室温强度高达650MPa,且在300℃下其强度仍能保持在280~300MPa。

与Al-Fe-Ni合金相比,Al-Ti合金具有更轻的特点。用机械合金化可以使Ti在Al中的固溶量达到8.2%,晶粒尺寸可细化至28nm。将机械合金化所得的纳米晶Al-10Ti合金粉末,进行热静液挤压固结致密后,其平均晶粒尺寸可控制在100nm以下,材料的室温抗拉强度最高达700MPa,而且材料具有很好的组织热稳定性,经500℃50h的热暴露处理后,晶粒尺寸仅长大至220nm左右,室温抗拉强度仍可达460MPa以上。

二、铜基合金。高强高导电弥散强化铜基合金广泛用于制作各种电极和电触头元件。由于固溶强化和冷形变强化会使这类材料的导电性有较大降低,沉淀强化、弥散强化和细化晶粒便成为这类材料的主要强化手段,因此,机械合金化在制备高强高导电铜基合金上具有独特的优势。据报道,将机械合金化所制备的纳米晶Cu-5%Cr合金粉末进行热静液挤压固结成形后,所获得的材料晶粒尺寸为100~120nm,抗拉强度为800~1000MPa。

三、永磁材料。Nd2Fe14B/α-Fe纳米晶复相永磁材料,是一种新型高性能永磁材料。采用机械合金化方法,制备出由非晶化Nd2Fe14B和晶粒尺寸10nm、体积分数20%的α-Fe相组成的NdFeB合金粉末,在950~1100℃温度下进行热静液挤压后,可获得具有Nd2Fe14B/α-Fe双相组织的高致密磁体。

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