20世纪中后期粉末冶金新技术和新材料新工艺回顾(3)

的Pb—Al滑动轴承及复合减摩带材、冷轧轧辊等已开始进入商品化阶段。

1．6 机械合金化(Mechanical Alloying，MA)n卜 9]机械合金化是一种用高能球磨法制取粉末新材料的技术，可以合成常规方法难以合成的偏离平衡态的“不可能的”合金(Impossible Alloys)。一些形成热为正的材料系、在液相和固相都不互溶及熔点相差悬殊的合金材料，可以通过机械合金化制取。机械合金化可以显著提高固溶度，例如，锆在铝中500℃ 的固溶度(平衡态)只有0．5 9／5(质量分数)，而通过机械合金化可达20．19 9／6。概括起来，机械合金化在科学技术上的价值，在于通过下述机理研制各种新型材料： 1)细化弥散相；

2)细化颗粒或晶粒使其达到纳米级； 3)使有序金属无序化，转变成非晶态；

4)增大固溶度，使在液态和固态均不互溶及熔点相差悬殊的金属形成合金； 5)在低温下引发化学反应。

机械合金化技术起初是为制取氧化物弥散强化和y 相沉淀硬化的镍基高温合金而开发的，随后发展成为生产各种弥散强化镍基、钴基、铁基、钛基和铝基粉末材料的系统方法。1970年，美国国际镍公司BENJAMIN J S首先报道用机械合金化制造氧化物弥散强化镍基合金(ODS)。所生产的MA754(Ni一20Cr-0．6Y O。)是第一个机械合金化粉末产品，用于制造F一18战斗机等3种飞机燃气蜗轮发动机的叶片。1985年该公司销售的棒材超过110t。这种合金由于高温蠕变性能和断裂性能好、熔化温度高以及耐环境性能好，而取代了原先使用的铸造高温合金。后来，又开发了MA738、MA760和MA6000系列商品；并在此基础上开发了铁基合金材料，如含有大量AI(4．5 )的Fe-Cr-A1弥散强化合金MA956MA957，分别用作耐玻璃腐蚀材料和抗中子辐射的核燃料包壳材料。以上镍基和铁基合金于加入氧化物弥散体和钛、铝、铬等活性合金元素，其综合强度和耐腐蚀性能得到改善。20世纪70年代初，开发了IN9021和IN905XL，前者具有高应变速率超塑性特性。70年代开发的氧化弥散强化的镍基、铁基、铝基和镁基材料，在航空发动机、辐射管、热工部件、热加工工具、耐海水腐蚀部件和储氢材料等方面得到应用。70年代末80年代初，机械合金化技术研究相继取得许多重大突破。1979年，WHITE用机械合金化制取超导材料Ni。Sn，发现球磨后的粉末经扩散退火后转化成非晶结构。1983年，KOCH 等采用机械合金化由Ni、Nb的单质混合粉直接制得Ni 。Nb 。非晶态和纳米相合金。此后该方法被迅速移植于数十种合金系的制备。机械合金化是制取高导电性、高强度铜合金的有效途径。1989年，MORRIS M A等以纳米晶Cu一5Cr合金粉末经热静液挤压固结，获得晶粒尺寸为100~200 nm的合金材料，其抗拉强度为800 1000 MPa，导电性为35 9／6～70 IACS。1990年，SCHLUP等报道了用机械合金化成功制取纳米晶材料。80年代另一重大发现是，用这种方法可以超出相图的约束，制取多元素过饱和合金。90年代，将机械合金化与某些高新技术结合，衍生出新的技术，如反应球磨技术、MA-SHS技术。MCMORMIK P G等利用机械合金化将金属氧化物还原成金属，实现金属的化学精炼，尤其适用于Cu—Ti、Zr、Ta和稀土金属的制备；他们还发现了机械合金化过程金属一氧化物系、Al—Ni系)中的SHS现象。常用机械合金化设备有搅拌式球磨机、行星式球磨机、振动式球磨机等。为了减少球磨过程中的污染，开发了许多新型球磨机。HASEGAWA M等发明了摩擦法机械合金化设备，用这种设备研究了Cu—Ti系机械合金化过程，发现在转速34 r／min、外力98 N条件下，经9 h摩擦处理后，粉末基本转变为非晶结构，且无污染。TATSUHIKO A等开发了反复挤压机械合金化装置。SZYMANSKIK等开发了无摩擦机械研磨机。澳大利亚科学仪器公司开发了Uni—Ball—Mill球磨机，其特点是以外加磁场控制球磨机内磨球的运动。