球磨法制備Co納米晶晶粒長(zhǎng)大動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、金屬納米晶材料因其在許多方面具有比傳統(tǒng)粗晶材料更優(yōu)異的性能而受到物理、化學(xué)、材料科學(xué)與工程諸多領(lǐng)域科學(xué)家的廣泛重視。其中納米晶粒長(zhǎng)大及其控制問題一直是納米科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)方向。研究納米晶材料的熱穩(wěn)定性和納米晶粒長(zhǎng)大特征對(duì)保持納米尺度顯微組織及其優(yōu)異性能具有十分重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。本文以高能球磨法制備的Co納米晶為研究對(duì)象，考察其在不同溫度、不同保溫時(shí)間、以及含有第二相顆粒情況下的納米晶粒長(zhǎng)大動(dòng)力學(xué)特性及其規(guī)律。 首

2、先，本文通過實(shí)驗(yàn)探索，確定出高能球磨法制備純Co納米晶粉末的穩(wěn)定工藝。通過調(diào)整工藝參數(shù)(球料配比、球磨機(jī)轉(zhuǎn)速、球磨時(shí)間等)，在氬氣保護(hù)下制備出平均晶粒尺寸約為20nm的納米晶粉末，并且納米晶粒尺寸分布均勻，具有高的純度。 然后，對(duì)高能球磨制備的純Co納米晶粉末在不同溫度下進(jìn)行保溫1小時(shí)的熱處理，考察晶粒隨不同溫度的長(zhǎng)大動(dòng)力學(xué)特征。發(fā)現(xiàn)在550℃臨界溫度Co納米晶粒會(huì)發(fā)生突發(fā)性快速長(zhǎng)大。通過DSC分析升溫過程中能量變化及不同溫度下

3、晶粒精細(xì)結(jié)構(gòu)特征的分析，我們提出殘余的球磨儲(chǔ)存能作為額外驅(qū)動(dòng)力促使具有小角度晶界的相鄰晶粒向同種位向轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而聚合發(fā)生粗化的機(jī)制，因而導(dǎo)致了納米晶粒的突發(fā)快速長(zhǎng)大； 隨后，對(duì)純Co納米晶粉末進(jìn)行550℃等溫條件下保溫不同時(shí)間的晶粒長(zhǎng)大動(dòng)力學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)在保溫初期晶粒長(zhǎng)大較迅速，隨保溫時(shí)間延長(zhǎng)晶粒長(zhǎng)大速率減小。以晶粒長(zhǎng)大動(dòng)力學(xué)方程表征時(shí)，晶粒長(zhǎng)大指數(shù)是一個(gè)由初期的1.2至后期的4.2逐漸變化的參數(shù)。深入分析表明仍然是球磨儲(chǔ)存能作為附

4、加驅(qū)動(dòng)力的相鄰晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)聚合長(zhǎng)大機(jī)制促進(jìn)了納米晶粒保溫初期的快速長(zhǎng)大。 最后，在前面所做工作基礎(chǔ)上，研究在第二相粒子存在的情況下納米晶粒長(zhǎng)大的動(dòng)力學(xué)特征，考察粒子對(duì)納米晶粒長(zhǎng)大的阻礙作用。發(fā)現(xiàn)3％體積含量、混合均勻的第二相粒子能穩(wěn)定釘扎在納米晶界上，阻礙納米晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而抑制了納米晶粒的突發(fā)快速長(zhǎng)大。 本文發(fā)現(xiàn)了球磨制備的純Co納米晶粒發(fā)生突發(fā)快速長(zhǎng)大的溫度和時(shí)間，并通過深入分析，提出了在殘余球磨儲(chǔ)存能作為額外驅(qū)動(dòng)力、