1實驗過程

本文中Mg合金的化學(xué)成分所示。首先通過車削Mg合金鑄錠得到尺寸為0.60.3mm的切屑，再利用行星式球磨機將其球磨成粉末。分別采用真空保護和液體保護兩種措施在室溫下進行球磨。真空保護氣氛由Becker真空泵對內(nèi)徑90mm的密閉不銹鋼磨罐抽氣0.5h后得到。乙醇在室溫下不會與Mg發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，球磨結(jié)束后又容易與合金粉末分離，因此筆者采用無水乙醇作為液體保護介質(zhì)。球磨時所采用的不銹鋼磨球直徑分別為16，9，4mm，質(zhì)量比為4103，料、球質(zhì)量比固定為115，球磨轉(zhuǎn)速350rmin-1，球磨時間010h.

采用PhilipsXL-30E掃描電子顯微鏡（SEM）及其附帶的能譜分析儀對球磨粉末的微觀形貌進行觀察；利用Leica圖像分析儀對球磨粉末的掃描電子顯微鏡照片進行粒度和圓度估算；采用Rigaku-2550-Max衍射儀（Cu/K，掃描速度4min-1）對球磨前后Mg合金粉末的物相和微觀結(jié)構(gòu)變化進行X射線衍射（XRD）分析。

2結(jié)果和分析

筆者采用圓度來衡量球磨Mg合金粉末顆粒的規(guī)則度，圓度數(shù)值越大表明規(guī)則度越差。從b所示的顆粒圓度隨球磨時間的變化曲線中可以看出，隨著球磨的進行，顆粒規(guī)則度在兩種保護介質(zhì)下都逐漸變差。盡管乙醇保護球磨最終獲得了較細(xì)小的粉末顆粒，但其規(guī)則度均不及真空保護球磨，顯示大顆粒是以類似解理的方式分解為細(xì)小的顆粒。乙醇保護球磨時由于劇烈的碰撞、摩擦，大顆粒塑性變形逐步加劇，滑移不斷出現(xiàn)，再加上液體的沖擊，剝離出薄片狀小顆粒，粒度分布較寬。真空保護球磨時形成的局部微熱使小顆粒冷焊在大顆粒上，粉末粒度較大，分布相對較窄。

分析表明，兩種球磨試樣的物相組成完全相同，主要是Mg，并含有少量的MgO，球磨過程中沒有其他新相產(chǎn)生，說明采用乙醇作為保護介質(zhì)是可行的。

值得注意的是，Mg（002）晶面所對應(yīng)的衍射峰在乙醇保護球磨的Mg合金粉末X射線衍射圖譜中明顯增強（b），球磨5h之前一度成為最強峰，到5h雖然下降為次強峰，但其相對強度仍達(dá)90.7，而原始Mg合金粉末中相同衍射峰的相對強度只有41.雖然提到過Mg或Mg合金球磨后衍射峰強度的變化，但并沒有成為最強峰的報道。究其原因可能有兩種，首先是球磨改變了Al，Zn，Cu等元素在Mg中的分布，使Mg的晶格發(fā)生了變化，但這種解釋似乎不能解決衍射峰強度繼而減弱這一現(xiàn)象；其次，由于低溫球磨時Mg合金塑性變形是沿基面滑移和生成孿晶所造成的，而（002）晶面恰好是一個滑移基面，球磨初期大量沿此晶面的滑移勢必在Mg合金粉末中形成（002）織構(gòu)，從而進一步引起晶面衍射峰強度突增。

可以解釋如下：隨著球磨的進行，在粉末中積累了大量的能量，Mg的其他變形機制如孿晶等開始出現(xiàn)，滑移也逐漸在各個方向開動，塑性變形隨機化，織構(gòu)也就消失了，衍射峰強度因而逐漸減弱。

利用公式D=0.94/（BcosB-2sinB）計算了球磨Mg合金粉末的平均晶粒直徑D（其中B為衍射峰半高寬；B為布拉格衍射角；為所用X射線的波長）和塑變。兩種保護措施下粉末的晶粒直徑和塑變隨球磨時間的變化曲線。圖5a表明球磨初期晶粒尺寸急劇減小，真空保護時晶粒減小的趨勢大于乙醇保護球磨；球磨2h以后晶粒減小趨于平緩，逐漸穩(wěn)定在3040nm之間，在考察的時間范圍內(nèi)，真空保護球磨獲得的Mg合金粉末的晶粒尺寸小于乙醇保護球磨。純Mg球磨后也存在晶粒穩(wěn)定值，大小為34nm，與本文的數(shù)值十分相近。

球磨導(dǎo)致Mg合金粉末的晶粒尺寸減小的過程：首先，粉末中積累的高應(yīng)變率的塑性變形在晶粒內(nèi)部產(chǎn)生高密度位錯，使其分解為亞晶粒，亞晶?？梢岳^續(xù)變形并分解，但晶粒尺寸減小到一定值以后，需要極大的應(yīng)力或者說能量才能使細(xì)化的晶粒發(fā)生進一步的變形；其次，隨著晶粒的減小，晶界含量增加，回復(fù)驅(qū)動力也逐漸增加，緩解了塑性變形，使位錯密度不能達(dá)到進一步減小晶粒尺寸的程度，因此球磨Mg合金粉末必然存在晶粒穩(wěn)定值。

比較b中兩種保護措施下晶粒塑變隨球磨時間的變化關(guān)系可以看出，真空保護球磨產(chǎn)生的塑變較小，并且變化幅度比較平穩(wěn)。這是由于Mg合金的低熔點便于回復(fù)的發(fā)生。真空保護球磨時，粉末中產(chǎn)生的局部微熱引起溫度升高，使一部分塑性變形被回復(fù)，但是在乙醇保護下粉末溫度較低，塑變積累較快。這也是采用真空保護球磨沒有出現(xiàn)類似于乙醇保護下Mg（002）晶面所對應(yīng)的衍射峰明顯增強的原因。雖然乙醇保護球磨Mg合金粉末的塑變積累較大，但獲得的晶粒尺寸不及真空保護球磨，可能與組織中形成織構(gòu)有關(guān)。

通過能譜分析儀（EDAX）對球磨Mg合金粉末的元素含量進行定量面分析。從中可以看出，雜質(zhì)元素為O和Fe.真空保護球磨時O含量穩(wěn)定，而采用乙醇保護時O含量隨球磨進行逐漸增加。這是由于乙醇保護球磨過程中液體不斷被攪動，Mg合金粉末可以與氧氣接觸發(fā)生氧化；并且隨著球磨時間增加，液體溫度上升，乙醇逐漸揮發(fā)，增加了粉末被氧化的機會。不論在何種條件下球磨機瓦式的適用,不銹鋼磨球與磨罐之間勢必存在著碰撞和摩擦，導(dǎo)致球磨后的粉末中出現(xiàn)Fe雜質(zhì)。乙醇保護球磨時，F(xiàn)e含量隨時間增加而增加，但是真空保護球磨的粉末中沒有探測出Fe.對比兩種球磨過程，發(fā)現(xiàn)采用真空保護時，在鋼罐和磨球上很快會被冷焊一層Mg合金，杜絕了Mg合金粉末與Fe源的接觸；而乙醇保護球磨時，磨球與磨罐之間沒有形成有效的阻隔，兩者之間的直接作用始終存在，導(dǎo)致Fe含量隨球磨時間逐漸增加。

3結(jié)論

乙醇在球磨過程中沒有與Mg合金粉末反應(yīng)生成其他物相，起到了保護作用，同時充當(dāng)了球磨介質(zhì)，促進了粉末顆粒的細(xì)化；得到的Mg合金粉末粒度小、分布范圍寬，但外形不規(guī)則，為近圓形薄片狀。

真空保護球磨的Mg合金粉末形狀規(guī)則，但粒度稍大、分布范圍窄。

由于沿慣習(xí)方向的滑移在乙醇保護球磨的Mg合金粉末中產(chǎn)生了織構(gòu)，但隨著塑性變形的隨機化又逐漸消失，引起X射線衍射圖譜中Mg（002）晶面衍射峰強度的變化。Mg合金粉末球磨過程中晶粒尺寸逐漸減小，存在晶粒穩(wěn)定值，相比之下真空保護球磨粉末的晶粒更細(xì)小；由于乙醇揮發(fā)降溫，抑制了球磨過程中的回復(fù)，使粉末塑變高于真空保護球磨。

真空保護球磨時，Mg合金粉末氧化程度低；磨球與磨罐上冷焊了一層Mg合金，有效地阻隔了兩者的作用，未引入Fe.乙醇保護球磨過程中，Mg合金粉末存在著與空氣接觸的機會，并且磨球與磨罐之間作用激烈，引入了較多的O和Fe雜質(zhì)。綜合比較認(rèn)為真空保護球磨Mg合金粉末的質(zhì)量較好，但乙醇保護球磨更好地揭示了球磨過程中Mg合金粉末微觀結(jié)構(gòu)的變化。