本發(fā)明屬于固溶體粉末制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種過飽和al(ti)金屬固溶體粉末的制備方法。

背景技術(shù)：

ti在al中的平衡固溶度只有0.12%原子比，要制備固溶度高于該濃度的過飽和al(ti)固溶體必須采用非平衡方法，如淬火法，或高能球磨方法。淬火法需要較高的降溫速率，但淬火產(chǎn)物不是小顆粒粉末，而球磨法可以直接制得粉末狀過飽和al(ti)固溶體。

目前高能球磨通常采用的球磨罐和磨球主要是金屬材質(zhì)，比如不銹鋼罐或硬質(zhì)合金罐，但因為al的粘性大導(dǎo)致球磨時al容易與金屬罐壁和磨球發(fā)生粘連，而且al的比例越高，粘連程度明顯增大。通常加入助磨劑，如硬脂酸，可以明顯減少粘連，但是球磨出來的不是粉狀而是小片狀。此外球磨產(chǎn)物均勻性差，且助磨劑難以完全分量而有較大污染。即使如此，基于金屬罐體和磨球也很難制備得到固溶度低于5mol%的過飽和al(ti)固溶體粉末。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種過飽和al(ti)金屬固溶體粉末的制備方法。

一種過飽和al(ti)金屬固溶體粉末的制備方法，包括以下步驟：

1）首先將al粉和ti粉按照al:ti=100:x的原子比裝入球磨罐內(nèi)，其中x為0.5-5，兩種粉末總質(zhì)量為3-10g，然后裝入磨球，加入5-20ml的正庚烷；

2）球磨罐的蓋板上安裝電極棒，蓋好蓋板，電極棒位于罐體內(nèi)部中間，電極棒與球磨罐外表面分別連接高壓交流電源的兩極；

3）用真空泵對密閉的球磨罐進行抽真空2min，然后充入氣體介質(zhì)，反復(fù)進行3次，最后一次充入氣體介質(zhì)使球磨罐內(nèi)氣壓為0.1-1atm；

4）將球磨罐裝到貼壁球磨裝置的振動臺，調(diào)節(jié)電機啟動方式，以穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速進行球磨1h、停止10min的間歇式貼壁球磨，進行球磨時，接通高壓交流電源，使球磨罐內(nèi)部氣體發(fā)生輝光放電產(chǎn)生等離子體；

5）每進行貼壁球磨5h后卸下球磨罐，把球磨罐安裝到行星球磨機進行球磨5min，然后再進行步驟4）的貼壁球磨；

6）重復(fù)步驟4）和步驟5）進行球磨30h后采集樣品，最后進行xrd與電子顯微測試。

進一步的，步驟1）中al粉的顆粒度小于100目，ti粉的顆粒度小于100目。。

進一步的，步驟1）中所述球磨罐為雙層結(jié)構(gòu)，其內(nèi)層罐體采用陶瓷材質(zhì)，如氧化鋯、氮化硅等外層罐體采用金屬材質(zhì)，如鋁合金、銅、不銹鋼等，所述磨球采用陶瓷材質(zhì)。球磨罐內(nèi)層與磨球均采用陶瓷材質(zhì)，可以使得球磨時al不與球磨罐內(nèi)壁與磨球發(fā)生粘連。

進一步的，步驟1）中所述磨球分為大磨球和小磨球，大磨球的直徑為20-25mm，小磨球的直徑為12-16mm，其中大磨球的數(shù)量為2-4個，小磨球的數(shù)量為3-6個。

進一步的，步驟3）中所述氣體介質(zhì)為惰性氣體或還原性氣體，比如氬氣、氫氣等。

進一步的，步驟4）中所述穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速為1000-1600r/min。。

進一步的，步驟4）中高壓交流電源的電壓為10-20kv，頻率為10-20khz。。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明的球磨罐內(nèi)層和磨球為高硬度和高耐磨的陶瓷材料，使得金屬基的樣品基本不會與球磨罐及磨球發(fā)生粘連，球磨進程不會受到任何因粘連帶來的影響；

2、本發(fā)明的制備方法可以制備得到固溶度低于5mol%的al(ti)過飽和固溶體粉末，固溶度甚至可以低至0.5mol%，比其他方法低一個數(shù)量級；

3、本發(fā)明采用內(nèi)層為陶瓷材質(zhì)的球磨罐進行等離子體輔助球磨時，由于罐體內(nèi)層為絕緣材質(zhì)，可以實現(xiàn)雙介質(zhì)阻擋放電，而雙介質(zhì)阻擋放電形成的冷等離子體比罐體為全金屬的單介質(zhì)阻擋放電情況會更加均勻，由于所有樣品受到等離子體的作用強度很接近，這使得所制得樣品的顆粒度分布更窄，樣品性質(zhì)也更為接近；

4、本發(fā)明采用了貼壁球磨方式，磨球貼住球磨罐內(nèi)壁做高速圓周運動，磨球不與球磨罐內(nèi)壁碰撞，磨球也與中間的電極棒不發(fā)生碰撞，使得電極棒的使用壽命大大提高；其次磨球和樣品在球磨時分布穩(wěn)定，罐體內(nèi)形成的等離子輝光也十分穩(wěn)定；第三，貼壁球磨方式下，磨球滾滑過粉末，比傳統(tǒng)球磨方式更有粉末細(xì)化；另外，貼壁球磨提供的機械能量較高，且球磨能量控制較為精準(zhǔn)；；

5、本發(fā)明同時通過行星球磨方式與貼壁球磨方式交替進行，使得既獲得等離子輔助貼壁球磨的優(yōu)勢，也兼有行星球磨下樣品均勻度高的優(yōu)勢，解決了貼壁球磨方式因粉末與磨球有規(guī)律的運動使粉末雜亂度低、均勻性差的缺點，使得樣品的均勻度得到大大的提高；

6、本發(fā)明采用庚烷作為助磨劑，具有阻隔顆粒聚集的效果，庚烷可揮發(fā)生成庚烷蒸汽，能夠在介質(zhì)阻擋下形成等離子體，而且庚烷對于樣品是惰性物質(zhì)，且正庚烷容易通過蒸發(fā)進行分離，對樣品不會產(chǎn)生污染，同時庚烷還可以是粉末貼在球磨罐內(nèi)壁而不揚起，使得電極棒和罐體金屬外殼兩個電極不易因罐內(nèi)揚起有導(dǎo)電性的粉末而產(chǎn)生短路保護；

7、本發(fā)明的制備方法還可以應(yīng)用到其他al(tm)固溶體中，tm過渡元素可以是zr、v、nb等，應(yīng)用廣泛。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1的樣品xrd衍射圖譜；

圖2是本發(fā)明實施例1的樣品ti能譜圖；

圖3是本發(fā)明實施例1的制得的樣品粉末壓片進行表面拋光后，拋光面的二次電子顯微圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例描述本發(fā)明，以下實施例以發(fā)明最優(yōu)效果進行解釋說明，但是這些實施例并非本發(fā)明的限制。

實施例1：

一種過飽和al(ti)金屬固溶體粉末的制備方法，步驟如下：

1）首先將al粉和ti粉按照100：2的原子比裝入球磨罐內(nèi)，al粉和ti粉的顆粒度均小于100目，兩種粉末總質(zhì)量為3g，然后裝入磨球，加入12ml的庚烷；

2）球磨罐的蓋板上安裝電極棒，蓋好蓋板，電極棒位于罐體內(nèi)部中間，電極棒與球磨罐外表面分別連接高壓交流電源的兩極；

3）用真空泵對密閉的球磨罐進行抽真空2min，然后充入氬氣，反復(fù)進行3次，將球磨罐體內(nèi)的水和氧含量降低，最后一次充入氣體介質(zhì)使球磨罐內(nèi)氣壓為0.1atm；

4）將球磨罐裝到貼壁球磨裝置的振動臺，調(diào)節(jié)電機啟動方式，以穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速1000r/min進行球磨1h、停止10min的間歇式貼壁球磨，進行球磨時，接通高壓交流電源，電壓為10kv，頻率為10khz，使球磨罐內(nèi)部氣體發(fā)生輝光放電產(chǎn)生等離子體；

5）每進行貼壁球磨5h后卸下球磨罐，把球磨罐安裝到行星球磨機進行球磨5min，然后再進行步驟4）的貼壁球磨；

6）重復(fù)步驟4）和步驟5）進行球磨30h后采集樣品，最后進行xrd與電子顯微測試。

本實施例中，球磨罐為雙層結(jié)構(gòu)，其內(nèi)層罐體采用氧化鋯材質(zhì)，外層罐體采用航空鋁材質(zhì)，所述磨球采用氧化鋯材質(zhì)。

本實施例中，磨球分為大磨球和小磨球，大磨球的直徑為20mm，小磨球的直徑為12mm，大磨球的數(shù)量為4個，小磨球的數(shù)量為6個。

經(jīng)過上述方法制備得到的過飽和al(ti)固溶體，是粉末狀，顆粒度小于300目；如圖1中樣品的xrd衍射圖譜顯示，只發(fā)現(xiàn)有單一的al(ti)固溶體，其衍射峰相對單質(zhì)al情況向高角度偏移，沒看到任何含ti物相，也看不到任何雜質(zhì)衍射峰；如圖2中樣品ti能譜圖分析發(fā)現(xiàn)ti的分布非常均勻；如圖3所示，將所制得的樣品粉末壓片進行表面拋光后，拋光面的二次電子顯微圖像分析顯示，樣品基本表現(xiàn)為一個襯度，這說明所制的的固溶體的成分非常均勻。

實施例2：

與實施例1的不同之處在于，向球磨罐中充入的氣體介質(zhì)為氫氣，最后一次充入氣體介質(zhì)使球磨罐內(nèi)氣壓為1atm，其余工作原理與實施例1相同。

實施例3：

與實施例1的不同之處在于，將al粉和ti粉按照al:ti=100:0.5的原子比裝入球磨罐內(nèi)，兩種粉末總質(zhì)量為10g，向球磨罐內(nèi)加入20ml的庚烷，其余工作原理與實施例1相同。

實施例4：

與實施例1的不同之處在于，將al粉和ti粉按照al:ti=100:5的原子比裝入球磨罐內(nèi)，兩種粉末總質(zhì)量為5g，向球磨罐內(nèi)加入20ml的庚烷，其余工作原理與實施例1相同。

實施例5：

與實施例1的不同之處在于，貼壁球磨裝置的電機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速為1600r/min，其余工作原理與實施例1相同。

實施例6：

與實施例1的不同之處在于，貼壁球磨裝置的電機穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速為1300r/min，其余工作原理與實施例1相同。

實施例7：

與實施例1的不同之處在于，高壓交流電源的電壓為20kv，頻率為20khz，其余工作原理與實施例1相同。

實施例8：

與實施例1的不同之處在于，高壓交流電源的電壓為15kv，頻率為15khz，其余工作原理與實施例1相同。

實施例9：

與實施例1的不同之處在于，大磨球的直徑為25mm，小磨球的直徑為16mm，大磨球的數(shù)量為2個，小磨球的數(shù)量為3個，其余工作原理與實施例1相同。

實施例10：

與實施例1的不同之處在于，大磨球的直徑為22mm，小磨球的直徑為14mm，大磨球的數(shù)量為3個，小磨球的數(shù)量為5個，其余工作原理與實施例1相同。

顯然，上述實施例僅僅是為了清楚的說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對實施的限定。對于所述領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式子以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。