ZK60镁合金氢气氛下球磨过程的氢化与组织演变.pdfVIP

2009全国粉末冶金学术会议 ZK60镁合金氢气氛下球磨过程的氢化与组织演变① 王珩 胡连喜于洋 王尔德 (哈尔滨工业大学材料科学与工程学院；哈尔滨150001) 氢化反应。通过测定舍金吸氢量球磨时间的变化和对不同时间球磨粉末的X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射 电镜(TEM)分析观察，研究了合金的氢化过程及组织演变。结果表明，通过室温氢气氛下反应球磨，可使ZK60铁合金 为2—3¨m。 关键词ZK60镁合金；反应球磨；氢化；纳米晶材料 1 引言 镁合金作为重要的结构材料，广泛应用于航空航天、汽车、运输、电子电器等方面¨。3]。但是，目 前大多数镁合金的强度较低，使其无法用作高性能结构材料。因此，提高镁合金材料的强度，是将其 应用向高性能结构材料领域拓展的关键。 细化晶粒是提高金属材料强度的有效方法。大多数情况下，材料屈服应力矿，与晶粒尺寸d遵循 值很大，所以细化晶粒对强度的提高作用非常明显H。6J。例如，当晶粒细化到100～200nm时， MPa口q o。 M997Zn。Y(原子比例)合金的屈服应力达到600 粉末冶金(P／M)技术是制备纳米晶和超细晶粒块体材料的重要方法。采用该技术制备纳米晶／超 细晶材料，需要纳米晶合金粉末为原料。但是对于大多数镁合金来说，由于其物性以及热力学因素的 限制，采用快速凝固技术或常规机械球磨的方法很难制备纳米晶粉末。因此，．寻找制备纳米金镁合金 粉末的方法具有重要意义。 氢化一歧化一脱氢一再结合(HDDR)技术，对晶粒细化非常有效。采用该技术，可以将晶粒尺寸 织¨钆11J。我们在此基础上，开发了将HDDR与机械球磨相结合的制备纳米晶Nd—Fe—B粉末的新方 法¨3’¨J。这种新方法的关键技术是在氢气氛下通过机械球磨制备出具有纳米晶结构的氢化一歧化态 合金粉末【l引，然后通过脱氢一再结合处理获得具有纳米晶组织的合金粉末材料。由于Mg可以吸氢形 成MgH：并且这个反应是可逆的，因此该技术可以应用于所有镁合金。为此，本文研究了ZK60镁合金 在氢气氛下反应球磨过程的氢化与组织演变。 2实验方法 以工业用ZK60镁合金为原材料。实验前，铸态合金用机械锤破碎成颗粒较粗的粉末。合金粉末 ①基金项目：国家自然科学基金与教育部博士点基金(20060213016)资助项目 作者简介：王珩(1979一)，男，博士研究生 通讯作者：胡连喜，教授，博士生导师，电话：0451E—mail：hulx@hit．cn 通迅地址：哈尔滨工业大学435信箱，哈尔滨，150001 三、有色金属粉末及制品 的吸氢是在室温氢气氛下通过反应球磨中完成。实验使用的球磨机行为星式球磨机，型号为QM— DY4。球磨过程中球磨罐中氢气压力保持在0．5MPa。球料比为60：1，球磨机转速为400r／min。 球磨罐的装料和取料均在充满纯净氩气的手套箱中进行。球磨之前，向球磨罐里充人高纯氢气， 其压力为0．6 MPa。在随后的操作中要重复这一步骤，取出试样后要重新充氢气。球磨过程中，罐内 压力变化通过与球磨罐相连接的压力表测得，合金的吸氢量由罐内压力的变化计算得出。 对不同球磨时间后得到的粉末样品进行XRD分析，由此研究合金的氢化过程和相变，利用XRD 结果对相变后的晶粒尺寸进行计算。利用SEM观察不同球磨时间后合金粉末的形貌。最终完全氢化 的合金粉末的微观结构和晶粒尺寸利用TEM进行观察。 3结果与讨论 3．1氢化动力学 图l为球磨过程中合金氢含量变化曲线。从图中 J—●—●d 可以看到，球磨过程中合金的吸氢过程可以分为3个 Ⅱ(口+，)／ 阶段，如图中I，Ⅱ和Ⅲ所示。在第1阶段，合金吸氢 ? 速率非常缓慢，这是因为此时处于Mg向MgH：转变的 l