一种过饱和Mg(Ti)金属固溶体粉末的制备方法与流程

本发明属于固溶体粉末制备技术领域，具体涉及一种过饱和mg(ti)金属固溶体粉末的制备方法。

背景技术：

ti在mg中的平衡固溶度只有0.3%原子比，要制备固溶度高于该浓度的过饱和mg(ti)固溶体必须采用非平衡方法，如淬火法，或高能球磨方法。淬火法需要较高的降温速率，且淬火产物不是小颗粒粉末，另外mg的饱和蒸汽压较高，样品以mg为主时不宜基于mg熔体进行制备，而球磨法可以直接制得粉末状mg(ti)固溶体。

目前球磨机的球磨罐和磨球主要是金属材质，比如不锈钢罐或硬质合金罐，球磨时会导致mg与金属球磨罐体内壁和金属磨球发生粘连，得不到粉末状的样品而是小团状的样品，只有样品表面才有ti固溶，中心基本无ti分布，固溶度很不均匀。为避免发生大幅度粘连通常加入助磨剂，如硬脂酸，这虽然可以明显减少粘连，但助磨剂难以完全分量而有较大污染。而且传统球磨能量不够高，要形成过饱和固溶体需要较长球磨时间，这会给样品带来污染。

技术实现要素：

本发明针对上述背景技术中存在的技术问题，提供一种过饱和mg(ti)金属固溶体粉末的制备方法。

一种过饱和mg(ti)金属固溶体粉末的制备方法，包括以下步骤：

1）首先将mg粉和ti粉按照mg:ti=100:x的原子比装入球磨罐内，其中x为1-5，两种粉末总质量为3-10g，然后装入磨球；

2）球磨罐的盖板上安装电极棒，盖好盖板，电极棒位于罐体内部中间，电极棒与球磨罐外表面分别连接高压交流电源的两极；

3）用真空泵对密闭的球磨罐进行抽真空5-10min，然后充入气体介质，反复进行2-4次，最后一次充入气体介质使球磨罐内气压为0.1-1atm；

4）将球磨罐装到贴壁球磨装置的振动台，调节电机启动方式，以稳态转速进行球磨0.5-1h、停止10-20min的间歇式贴壁球磨，进行球磨时，接通高压交流电源，使球磨罐内部气体发生辉光放电产生等离子体；

5）每进行贴壁球磨4-6h后卸下球磨罐，把球磨罐安装到行星球磨机进行球磨5-10min，以使得粉末混合更均匀，然后再进行步骤4）的贴壁球磨；

6）重复步骤4）和步骤5）进行球磨20h后采集样品，最后进行xrd与电子显微测试。

进一步的，步骤1）中mg粉的颗粒度小于100目，ti粉的颗粒度小于100目。。

进一步的，步骤1）中所述球磨罐为双层结构，其内层罐体采用高硬度和耐磨性好的陶瓷材质，如氧化锆、氮化硅等，外层罐体采用金属材质，如铝合金、铜、不锈钢等，所述磨球采用陶瓷材质。球磨罐内层与磨球均采用陶瓷材质，可以使得球磨时mg不与球磨罐内壁与磨球发生粘连。

进一步的，步骤1）中所述磨球分为大磨球和小磨球，大磨球的直径为20-25mm，小磨球的直径为12-16mm，大磨球的数量为2-4个，小磨球的数量为3-6个。

进一步的，步骤3）中所述气体介质为惰性气体，如氩气。

进一步的，步骤4）中所述稳态转速为1000-1600r/min。。

进一步的，步骤4）中高压交流电源的电压为10-20kv，频率为10-20khz。。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的球磨罐内壁为高硬度和高耐磨的陶瓷材质，磨球也采用陶瓷材质，使得金属基的样品基本不会与球磨罐及磨球发生粘连，球磨进程不会受到任何因粘连带来的影响；

2、本发明采用等离子体辅助球磨，其能量比单机械球磨明显更高，有利于过饱和固溶体的形成，可大大缩短了球磨时间；

3、本发明采用内层为陶瓷材质的球磨罐进行等离子体辅助球磨时，由于罐体内层为绝缘材质，可以实现双介质阻挡放电，而双介质阻挡放电形成的冷等离子体比罐体为全金属的单介质阻挡放电情况会更加均匀，等离子辅助球磨效果更佳；

4、本发明采用了贴壁球磨方式，磨球贴住球磨罐内壁做高速圆周运动，使磨球与中间的电极棒不发生碰撞，也不与球磨罐内壁碰撞，使得电极棒使用寿命大大提高，罐体内形成的等离子辉光十分稳定，另外，贴壁球磨方式下，磨球滚滑过样品，比传统球磨方式更容易细化粉末；

5、本发明还通过行星球磨方式与贴壁球磨方式交替进行，使得既获得等离子辅助贴壁球磨的优势，也兼有行星球磨下样品均匀度高的优势，解决了贴壁球磨方式因粉末与磨球有规律的运动使粉末杂乱度低、均匀性差的缺点，使得样品的均匀度得到大大的提高；

6、本发明不需要使用助磨剂，不会对样品产生助磨剂带来的污染，保证样品的纯度；

4、本发明的制备方法还可以应用到其他mg(tm)固溶体中，tm过渡元素可以是zr、v、nb等，应用广泛。

附图说明

图1是本发明实施例1的样品xrd衍射图谱；

图2是本发明实施例1的制得的样品的二次电子显微图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例描述本发明，以下实施例以发明最优效果进行解释说明，但是这些实施例并非本发明的限制。

实施例1：

一种过饱和mg(ti)金属固溶体粉末的制备方法，步骤如下：

1）首先将mg粉和ti粉按照mg:ti=100:2的原子比装入球磨罐内，mg粉和ti粉的颗粒度均小于100目，两种粉末总质量为3g，然后装入磨球；

2）球磨罐的盖板上安装电极棒，盖好盖板，电极棒位于罐体内部中间，电极棒与球磨罐外表面分别连接高压交流电源的两极；

3）用真空泵对密闭的球磨罐进行抽真空5min，然后充入氩气，反复进行4次，将球磨罐体内的水和氧含量降低，最后一次充入气体介质使球磨罐内气压为0.1atm；

4）将球磨罐装到贴壁球磨装置的振动台，调节电机启动方式，以稳态转速1000r/min进行球磨0.5h、停止10min的间歇式贴壁球磨，进行球磨时，接通高压交流电源，电压为10kv，频率为10khz，使球磨罐内部气体发生辉光放电产生等离子体；

5）每进行贴壁球磨4h后卸下球磨罐，把球磨罐安装到行星球磨机进行球磨5min，然后再进行步骤4）的贴壁球磨；

6）重复步骤4）和步骤5）进行球磨20h后采集样品，最后进行xrd与电子显微测试。

本实施例中，球磨罐为双层结构，其内层罐体采用氧化锆材质，外层罐体采用不锈钢材质，所述磨球采用氧化锆材质。

本实施例中，磨球分为大磨球和小磨球，大磨球的直径为20mm，小磨球的直径为12mm，大磨球的数量为2个，小磨球的数量为6个。

经过上述方法制备得到的过饱和mg(ti)固溶体是粉末状，颗粒度小于300目；如图1中样品的xrd图谱显示，1)基本都是mg的衍射峰，说明其结构与mg相同；2)看不到明显的杂质衍射峰，说明样品污染小,1)和2)说明ti固溶到mg中，形成mg(ti)固溶体；另外，3)球磨后mg(ti)粉末的衍射峰发生明显的增宽和降低，说明样品颗粒度细。如图2所示，样品颗粒很细，颗粒度约为10微米；样品基本表现为一个衬度，说明样品均匀性很好。

实施例2：

一种过饱和mg(ti)金属固溶体粉末的制备方法，步骤如下：

1）首先将mg粉和ti粉按照mg:ti=100:5的原子比装入球磨罐内，mg粉和ti粉的颗粒度均小于100目，两种粉末总质量为10g，然后装入磨球；

2）球磨罐的盖板上安装电极棒，盖好盖板，电极棒位于罐体内部中间，电极棒与球磨罐外表面分别连接高压交流电源的两极；

3）用真空泵对密闭的球磨罐进行抽真空10min，然后充入氩气，反复进行2次，将球磨罐体内的水和氧含量降低，最后一次充入气体介质使球磨罐内气压为1atm；

4）将球磨罐装到贴壁球磨装置的振动台，调节电机启动方式，以稳态转速1600r/min进行球磨1h、停止20min的间歇式贴壁球磨，进行球磨时，接通高压交流电源，电压为20kv，频率为20khz，使球磨罐内部气体发生辉光放电产生等离子体；

5）每进行贴壁球磨6h后卸下球磨罐，把球磨罐安装到行星球磨机进行球磨10min，然后再进行步骤4）的贴壁球磨；

6）重复步骤4）和步骤5）进行球磨20h后采集样品，最后进行xrd与电子显微测试。

本实施例中，球磨罐为双层结构，其内层罐体采用氮化硅材质，外层罐体采用铜材质，所述磨球采用氮化硅材质。

本实施例中，磨球分为大磨球和小磨球，大磨球的直径为25mm，小磨球的直径为16mm，大磨球的数量为4个，小磨球的数量为3个。

实施例3：

一种过饱和mg(ti)金属固溶体粉末的制备方法，步骤如下：

1）首先将mg粉和ti粉按照mg:ti=100:3的原子比装入球磨罐内，mg粉和ti粉的颗粒度均小于100目，两种粉末总质量为5g，然后装入磨球；

2）球磨罐的盖板上安装电极棒，盖好盖板，电极棒位于罐体内部中间，电极棒与球磨罐外表面分别连接高压交流电源的两极；

3）用真空泵对密闭的球磨罐进行抽真空8min，然后充入氩气，反复进行3次，将球磨罐体内的水和氧含量降低，最后一次充入气体介质使球磨罐内气压为0.5atm；

4）将球磨罐装到贴壁球磨装置的振动台，调节电机启动方式，以稳态转速1400r/min进行球磨0.8h、停止15min的间歇式贴壁球磨，进行球磨时，接通高压交流电源，电压为15kv，频率为15khz，使球磨罐内部气体发生辉光放电产生等离子体；

5）每进行贴壁球磨5h后卸下球磨罐，把球磨罐安装到行星球磨机进行球磨8min，然后再进行步骤4）的贴壁球磨；

6）重复步骤4）和步骤5）进行球磨20h后采集样品，最后进行xrd与电子探针测试。

本实施例中，球磨罐为双层结构，其内层罐体采用氧化锆材质，外层罐体采用铝合金材质，所述磨球采用氧化锆材质。

本实施例中，磨球分为大磨球和小磨球，大磨球的直径为23mm，小磨球的直径为14mm，大磨球的数量为3个，小磨球的数量为4个。

实施例4：

与实施例1的不同之处在于，贴壁球磨装置的电机稳态转速为1600r/min，其余工作原理与实施例1相同。

实施例5：

与实施例1的不同之处在于，贴壁球磨装置的电机稳态转速为1300r/min，其余工作原理与实施例1相同。

实施例6：

与实施例1的不同之处在于，高压交流电源的电压为20kv，频率为20khz，其余工作原理与实施例1相同。

实施例7：

与实施例1的不同之处在于，高压交流电源的电压为15kv，频率为15khz，其余工作原理与实施例1相同。

显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明本发明所作的举例，而并非对实施的限定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式子以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。