研磨時間對機械化學合金Ni50Ti50的結構和參數影響

研磨時間對機械化學合金Ni₅₀Ti₅₀的結構和參數影響

    納米結構的Ni₅₀Ti₅₀合金通過機械化學方式，利用行星式研磨機對Ni粉和Ti粉進行研磨制備。研究了研磨時間對結構的影響。利用X-ray分析、組成分析、微晶結構分析（晶格常數，晶體大小，微應變，堆疊層錯概率）進行數據獲取。增加研磨時間，會形成非晶形的B19，B2，FCC-Ni，HCP-Ti固溶體，當內部應變增加時，微晶大小會降到納米級別，并且長時間的研磨，塑性變形會導致HCP-Ni比FCC-Ni更多的堆疊錯誤，這也是為什么會有非晶形的結構微晶的原因。

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

儀器：Fritsch公司的Pulverisette7行星式研磨機，80ml硬質鋼碗，15mm直徑的硬質鋼球，轉速：400rmp，球料比為23:1，氬氣保護。

實驗說明：為避免溫度的過度上升，1h的研磨接30min暫停，分為0、1、3、6、24、48和72個周期。

研磨時間對晶格參數的影響

    在前1h，碰撞導致Ni和Ti的晶格減少，但在接下來到24h的階段里又會增加，這可能是由于在研磨過程中，結構缺陷的累積增多和幾種塑性變形。奧氏體增加并保持一個相對穩定的值，比馬氏體的要大，這也可能是因為不同類型的缺陷造成的。

研磨時間與成分比例

    研磨過程分4個階段。0-1h階段：Ni和Ti的組成減少，可能是因為他們相互作用形成非晶形體和固溶體FCC-Ni (Ti) 和 HCP-Ti (Ni)。1h-12h階段：是非晶生成期，Ti-SS 和Ni-SS的比例減少，相反地，非晶相開始增加。12h-24h階段：Ni-SS繼續減少，Ti-ss已經*消失，非晶繼續增加，開始形成馬氏體。隨著研磨的進行，幾種變形的相*轉化為了非晶體結構。通過機械強化的非晶體結構，有不同的物性，點缺陷，空穴，填隙，晶格缺陷，位移。24h-72h階段：Ni-ss消失，形成奧氏體。NiTi馬氏體減少而非晶形的增加。在48h后，非晶因為形成更穩定的奧氏體和馬氏體而減少，可能是因為能量和溫度的上升。zui終的非晶相在89.23%。

a：微晶大小與研磨時間的關系                    b：微應力與研磨時間的關系

    a：研磨時間越長，粒徑減少，內應力增加。在早期階段，晶體粒徑在24h達到7nm，Ni-ss和Ti-ss的12h時達到29nm。而且Ni-ss的大小比Ti-ss的要減少的快，可能是因為初始直徑Ni比Ti要小。在24h后，晶體大小不在因為研磨時間有大的變化，可能是因為機械能不足以使奧氏體和馬氏體發生形變。粒徑的減小可能是因為研磨破碎了部分粒子。增加的成核概率是因為更大的缺陷密度。

    b：研磨時間能增加內應力，增加的原因可能是因為包括幾種塑性變形相的位移濃度增加。NiTi馬氏體在48h增加到0.9%又減少，表明晶體大小達到了一個固定的值。

     zui終成功合成了Ni₅₀Ti₅₀。為納米級晶體：NiTi馬氏體B19和NiTi奧氏體B2，平均的粒徑大小在19nm~42nm的范圍內，主要的不定性的成分質量分數占到89%，研磨誘發的強塑性形變導致了微晶結構和點缺陷的重塑和累積。正式這種堆疊缺陷而導致晶型結構不穩定。我們認為機械化學合金是一個不平衡的過程，相組成和二元NiTi的轉移可以通過熱力學圖進行修正。