研磨时间对机械化学合金Ni50Ti50的结构和参数影响

研磨时间对机械化学合金Ni₅₀Ti₅₀的结构和参数影响

    纳米结构的Ni₅₀Ti₅₀合金通过机械化学方式，利用行星式研磨机对Ni粉和Ti粉进行研磨制备。研究了研磨时间对结构的影响。利用X-ray分析、组成分析、微晶结构分析（晶格常数，晶体大小，微应变，堆叠层错概率）进行数据获取。增加研磨时间，会形成非晶形的B19，B2，FCC-Ni，HCP-Ti固溶体，当内部应变增加时，微晶大小会降到纳米级别，并且长时间的研磨，塑性变形会导致HCP-Ni比FCC-Ni更多的堆叠错误，这也是为什么会有非晶形的结构微晶的原因。

原料：Ti粉末（150um，99.97%），Ni粉末（45um，99.99%）。

仪器：Fritsch公司的Pulverisette7行星式研磨机，80ml硬质钢碗，15mm直径的硬质钢球，转速：400rmp，球料比为23:1，氩气保护。

实验说明：为避免温度的过度上升，1h的研磨接30min暂停，分为0、1、3、6、24、48和72个周期。

研磨时间对晶格参数的影响

    在前1h，碰撞导致Ni和Ti的晶格减少，但在接下来到24h的阶段里又会增加，这可能是由于在研磨过程中，结构缺陷的累积增多和几种塑性变形。奥氏体增加并保持一个相对稳定的值，比马氏体的要大，这也可能是因为不同类型的缺陷造成的。

研磨时间与成分比例

    研磨过程分4个阶段。0-1h阶段：Ni和Ti的组成减少，可能是因为他们相互作用形成非晶形体和固溶体FCC-Ni (Ti) 和 HCP-Ti (Ni)。1h-12h阶段：是非晶生成期，Ti-SS 和Ni-SS的比例减少，相反地，非晶相开始增加。12h-24h阶段：Ni-SS继续减少，Ti-ss已经*消失，非晶继续增加，开始形成马氏体。随着研磨的进行，几种变形的相*转化为了非晶体结构。通过机械强化的非晶体结构，有不同的物性，点缺陷，空穴，填隙，晶格缺陷，位移。24h-72h阶段：Ni-ss消失，形成奥氏体。NiTi马氏体减少而非晶形的增加。在48h后，非晶因为形成更稳定的奥氏体和马氏体而减少，可能是因为能量和温度的上升。zui终的非晶相在89.23%。

a：微晶大小与研磨时间的关系                    b：微应力与研磨时间的关系

    a：研磨时间越长，粒径减少，内应力增加。在早期阶段，晶体粒径在24h达到7nm，Ni-ss和Ti-ss的12h时达到29nm。而且Ni-ss的大小比Ti-ss的要减少的快，可能是因为初始直径Ni比Ti要小。在24h后，晶体大小不在因为研磨时间有大的变化，可能是因为机械能不足以使奥氏体和马氏体发生形变。粒径的减小可能是因为研磨破碎了部分粒子。增加的成核概率是因为更大的缺陷密度。

    b：研磨时间能增加内应力，增加的原因可能是因为包括几种塑性变形相的位移浓度增加。NiTi马氏体在48h增加到0.9%又减少，表明晶体大小达到了一个固定的值。

     zui终成功合成了Ni₅₀Ti₅₀。为纳米级晶体：NiTi马氏体B19和NiTi奥氏体B2，平均的粒径大小在19nm~42nm的范围内，主要的不定性的成分质量分数占到89%，研磨诱发的强塑性形变导致了微晶结构和点缺陷的重塑和累积。正式这种堆叠缺陷而导致晶型结构不稳定。我们认为机械化学合金是一个不平衡的过程，相组成和二元NiTi的转移可以通过热力学图进行修正。