PDF《等离子体烧结制备 TiNi 合金的表征》

1 kg 载荷,保压时间

15 s) .

2 结果与讨论 未球磨和球磨时间分别为 6,14,22 和30 h 的TiNi 混合粉(原子比 1:1)的XRD 图谱如图

1 和图

2 所示.球磨时间分别为 6,14,22 和30 h 的样品的背 ・1794・ 稀有金属材料与工程 第45 卷图1高能球磨不同时间后 TiNi 混合粉末的 XRD 图谱 Fig.1 XRD patterns of TiNi mixture powders after 0, 6, 14,

22 and

30 h high energy ball milling 散电子(BSE)微观形貌如图

3 所示.由图

1 可知, 随着 球磨时间的延长,Ni 和Ti 的衍射峰强度迅速降低和 峰形宽化,Ni 的(111)和(200)衍射峰向低角度方向偏 移,同时峰形明显宽化.这说明 Ni 的晶格点阵参数增 大,同时伴随着晶粒细化和晶格畸变.这是由于有一 部分 Ti 原子固溶到 Ni 原子的晶格中,Ti 原子的半径 (0.1445 nm) 大于 Ni 原子半径(0.1246 nm),导致 Ni 的晶格发生畸变,晶格膨胀而使晶格常数增大.基体 Ti 中也固溶了 Ni 原子,也存在晶粒细化和晶格畸变 现象[6] . 运用谢乐公式 估算机械球磨后 Ti、 图2高能球磨 30h 后TiNi 混合粉末的 XRD 图谱 Fig.2 XRD patterns of TiNi mixture powder after

30 h high energy ball milling Ni 的晶粒尺寸 (*0.1 nm).由表

1 可看出随着球磨 时间的延长,晶粒尺寸不断减小.球磨

22 h 后,衍射 峰宽化严重,只有 Ti 在44.83° 处有

1 个衍射峰.Ni 的三强峰已经消失,变成宽化平坦的衍射峰,呈现出 非晶态的衍射特征.球磨

30 h 后强衍射峰基本消失, 在非晶化峰中间还出现了明显的新衍射峰,刚好与 TiNi,Ni3Ti 和Ti3Ni4 的强衍射峰对应,如图

2 所示. 说明球磨

30 h 后发生了部分固相反应. 由图

3 可知,经过不同时间的机械球磨后合金粉 末大多数呈层片状,随着球磨时间的延长,粉末颗粒 大小没有明显变化,这是由于 Ti 和Ni 都具有良好的 延展性并且容易团聚结块.球磨

30 h 样品的

2000 倍BSE 形貌如图

4 所示.由图

4 可以看出,它们的灰度 基本一致,说明 Ti 原子和 Ni 原子之间已达到充分扩 散,机械合金化过程基本完成.在图

4 的小矩形区域 图3高能球磨不同时间后的 TiNi 混合粉的 BSE 照片 Fig.3 BSE images of TiNi mixture powders after

6 h (a),

14 h (b),

22 h (c) and

30 h (d) high energy ball milling

20 40

60 80

100 2θ/(° )

0 6

22 30

440 330

220 110

0 Intensity/cps

14 Ti(100) Ti(002) Ti(101) Ni(111) Ni(200) Ti(102) Ti(110) Ti(103) Ni(220) Ti(104) a b c d

20 40

60 80

100 2θ/(° )

40 30

20 10 Intensity/cps α β γ α β γ γ β γ α γ α αγ β γ γ γ βγ γ α-TiNi β-Ti3Ni4 γ-Ni3Ti 第7期马维刚等:等离子体烧结制备 TiNi 合金的表征 ・1795・ 表1不同球磨时间的 Ti-Ni 粉晶粒尺寸 Table

1 Grain sizes of Ti-Ni powder mixtures with different milling time (nm) Time/h Ti (002) Ti (101) Ni (111) Ni (200) Ni (220)

0 234

242 299

226 159

6 199

174 245

186 149

14 216

164 192

161 99 图4高能球磨

30 h 的TiNi 合金粉的 BSE 照片 Fig.4 BSE image of TiNi powder after

30 h high energy ball milling 内做能谱分析(EDS)如图

5 所示, 由图

5 元素成分半定 量分析可知, 除了含原子比约 1:1 的Ti 和Ni 外还有少 量的 Fe,这是由于球磨时间较长,钢球的磨损所致. 在等离子体烧结升温过程中, 真空度有下降现象, 这说明用氢化法制备的 Ti 粉残留了少量的氢或是硬 酯酸分解所致.另外还发现有熔化的迹象,由于高能 球磨后的合金粉储存了较高的应变能、表面能和各种 晶格畸变能,它们的熔点一般比正常状态的低.对等 离子体烧结后得到钮扣状金属块进行维氏硬度测试, 共测了