组元配比对高能球磨固态还原反应的影响

组元配比对高能球磨固态还原反应的影响


2024年5月1日发(作者:掌上英雄联盟官网)

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兵器材料科学与工程 第25卷 

的传热;对于感应加热,由于其表面效应,先对铜带 

外表面层加热,待该层温度超过居里点后加热层向 

内层延伸,由于铜的屏蔽效应,弹体并不产热,从上 

述分析可看出熔敷扩散焊时弹体只接受热传导的热 

作用,同时熔敷加热速度很快,因而从铜带至弹体存 

在相当大的温度梯度,铜温度高而弹体温度低,而钢 

囹4回收弹弹带照片 

的熔点要超过纯铜约400℃,超过黄铜更高的温度, 

故可保证弹体不发生熔化。 

3结果分析 

弹带熔敷扩散焊工艺类似于熔焊,但其结合机 

采用无槽焊接技术取代压装工艺必须保证铜和 

理不同于熔焊和堆焊,具体工艺与钎焊也相去甚远。 

钢的结合面积和结合强度,最佳应保证100%的冶金 

结合.熔敷扩散焊技术显然不同于熔化焊,其界面温 

度低,钢基体不熔化,没有铜钢异种金属熔焊时的机 

说是一种新的焊接工艺方法。 

械混台,其冶金结合完全依靠铜和钢之间的扩散。 

4 结论 

EDAX成分分析结果表明,铜钢发生了扩散现象,铁 (1)采用熔教扩散焊接方法可在钢弹体上焊接 

向铜中的扩散较明显,在界面处铁焊量接近100-%, 铜弹带,靶 试验表明熔敷扩散焊弹带符合射击性 

30/ma处铁含量已降至J%,铜向铁中的扩散保持在 

一睦 

该工艺是依靠铜铁的扩散实现冶金结合,因而该工 

艺方法在焊接方法中的归类有一定的难度,也可以 

能要求。 

钢侧10t ni范围内,同时界面强度实验时,剪切断面 

(2)实验表明,熔敷扩散焊铜带界面结合强度大 

距铜钢界面10—20tni1厚的铜层仍然完好,无点或面 于焊后铜弹带层强度,轴向剪切强度和切向扭转强 

状剥落,这充分表明界面结合强度明显大于铜自身的 

度保持一致。 

强度,剪切强度数值和软态T2铜的剪切强度数值一 (3)熔敷扩散焊纯铜带界面实现了冶金结合,界 

致,因而钢弹体与铜带已实现冶金结合。从剪切和扭 面没有未焊合、夹渣等缺陷,弹体未发生任何形式的 

转实验后试样可看出,界面无未焊合,对同一试样多 熔化,即无泛铁现象发生。 

截面取样,一千余个试样的界面微观组织检测表明, 

界面无未熔合,即熔敷扩散焊实现了100% ̄。 

参考文献: 

铜钢熔化焊或堆焊时钢基体的熔化在所难免, 

[1 K&lin V Development of mold solidification weldign for de. 

但对于弹带焊接,如铁渗人铜中,将导致弹带性能将 

[x ̄siting n『m—f ̄rrous alloys onto steel[J]Weld J、1992,71 

发生变化,钢基体一但发生熔化,铁的熔人量将无法 

(5):35—36. 

[2]王克鸿等.钢焊丝在铜钢焊接中的应用[J].金属学报, 

控制,即无法控制“泛铁”现象,熔敷扩散焊接的设计 

1996(6). 

思想是保证弹体不发生熔化,从根本上消除“泛铁” 

[3 J王克鸿等,铜钢接头002焊研究[J].焊接学报,1996 

现象。熔敷扩散焊采用自外而内的加热方式,对等 

(4). 

离子束流加热,等离子体只对铜加热直至熔化,等离 

【4]王克鸿等.无槽弹带熔敷焊技术研究[R]GF报告、 

子体产生于钨棒和铜带之间,弹体只获得来自铜带 

1998,12 

Research of copper rotating band re—melt deposit welding 

WANGKe 1tong, UYue—Lan,WANGJian ping,IAHong 7 “,yUJin.ZFmoYou—shou 

(University of Science and Technolgny ofNm ̄jing,Nanjing210094,China) 

Alastract:A13 ̄&r vre/d[ng process—re—m depositweldingis studied nthe artilce his succe ̄fu/ re—m deposit pure ̄pper 

mtming band oil D一30 shell body by ng the process The experimea/ts show that the welded seam is good and the metallu cal 

lolnt ̄,le-&q achieved without mehing the U body welded Bur[a ̄-e is m ̄oth Fhere is no iron component in rotating band I)e 

fects have not been ̄ound in the interface and the rotating band The axial shear strength and the tangential tom[on shear sI rength are 

all higher than I of copper rotatign band itsett"The firing tesli]lgs s[ ̄Jw that tile propertim of the re—nmlt deposit welded copper 

rotating bands can I]l ̄t the requirernents.[)』ltirhlg 

Key words:re me]t deF ̄sit welding;copper mtalign band;induction hinting;D】asH1a&re 

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兵器材料科学与工程 第25卷 

小点变得不明显。另外,在极小点两侧可明显看出 

Aj和CuO两反应物的性能差异,在极小点左侧,即 

含量较低、CuO含量较高的区域,随AI含量减小 

或者说CuO含量增大,r. 上升较陡,而在极小点右 

侧,随-A]含量增多, 上升则较缓,这归困于(a)金 

属AI的热传导系数(238W/m・K)远大于非金属的 

CuO的热传导系数(4.801 w/m・K)【 -;(b)AI为延 

性金属,在反应体系中既充当反应组元,亦扮演牯合 

圈2球菪AI/Cu()混音粉末时的点火时l司 

与铝含量及转速的关系 

表1铝含量变化对球磨诱发 /'Cl0固态还原反应的影响 

到磨罐内发出“嘭”的爆炸声,表明燃烧反应发生,此 

时所对应的球磨时问就称为“点火时间”r 。对即将 

燃烧前的反应物混合粉末经x射线衍射分析表明 

无其它中间相或产物相出现,因此,在x射线衍射 

仪分辩极限范围内,可 认为全部反应是在燃烧过 

程中发生的。对于图中未出现明显温度突增,但却 

有一温度峰出现的情形,可以认为是一种渐进式燃 

烧反应,与前者不同的是,燃烧是在个别复合颗粒中 

发生,无链式加热效应。 

图2和表1为AI/C.uO体系不同组元配比和转 

速下高能球磨反应点火时间 的变化情况。表1 

中还列出了不同组元配比下At/CuO体系的绝热温 

度丁 数值。可 看出:(1)随着AI/CuO体系中 

的 含量增加,T 先上升后下降,与点火时间 

随A1含量的变化趋势一致,表明体系绝热温度T}Id 

应高于某一临界值是MA诱发固态燃烧反应的一 

个必要条件;(2)在其它球磨条件相同的情况下,转 

速增大,可引发燃烧的AI含量区域扩大,且使点火 

时问缩短;(3)在AI含量质量分数为2O%(理想配 

比)时,点火时间 最短。此时的体系绝热温度.rad 

最高(见表1),热效应最大。但是,转速增加使该极 

剂的角色。Al古量增大,焊合成较大尺寸的复合颗 

粒的几率增大,从而有利于局部反应热的聚集 相 

反,lA】含量减小,相应地脆性材料CuO比例增夫,不 

利于较大复合颗粒的形成。机械合金化发生与 或 

者撮终产物类型取决于焊合和破碎之间的平衡 。 

延性组元量增多,虽导致焊合比例增大.但却使粉碎 

效率降低,反之.粉求混合物中的脆性疑化物 粒增 

多,则球磨效率增大,而冷焊成较大颗粒的倾向减 

小 此,由延性一脆性组元怕成的反应体系,反应 

j1:精nj间随组元配比的变化曲线必然存在 极小 

值。当然这一极小值电与反应体系的热力学参数霄 

∞相关 偏离这一极小值的反应体系中的某・组元 

的过剩量,亦可看作起惰性添加物的作用 j.即通 

过降{媛绝热温度fr 减少反应物颗粒间的接触面 

积和降低热传导 及分散机械能等而延迟或阻止燃 

烧的发生。 

图3为不同Al含量、转速 =600r/rain F高能 

球磨AI/CuO的最终反应结果。可以看出,随_A_含 

量增加,反应由单一的还原反应向还原十合成复合 

反应模式转化,反应产物依次为cu十Ab O'、Cu AI 

十Al2O3、CuAI2+AI2O3、AI( )+AI,O1。 

为了说明这种复合反应机理,按照Aj(55%)十 

Cu0(45%)球磨反应生成CuAI2十AI2 产物相中 

A1、 和Al,Q的比例(45 43%AI十36% 十 

l8.57%Ab )组成Al_( 一Ah01三元体系,采 

用与之相同的球磨条件进行高能球磨24h,图4中 

的(a)为其x射线衍射物相分析结果。可见其最终 

产物构成与上述复合反应有区别。另外,我们改变 

AI= %的含量亦球磨24h,结果见图4中(b)和(12)。 

可 看出,上述复合反应与单纯的合成反应产物是 

不同的 在复合反应中,还原反应产生的Cu粒子, 

在反应热的作用下快速扩散,能够与过剩的Al迅速 

结合,形成平衡态组织。而单纯的合成反应中,其产 

物组成却偏离了_A1一cu相图中所对应的平衡成分 

区域,向低Al含量区转移,成为非平衡组织。有趣 

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第2期 马明亮等:组元配比对高能球磨固态还原反应的影响 

39 

一 一 

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i;五露 一—0 ~ 

L ,・ 

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1 5 1( 140 6() 80 85 

图3不同铝含量下的AI/CuO体系经球磨反应后 

产物相的x射线衍射分析结果 

6 

¨ 

l、 f】40 lf(i 70 

4 1 同. 【 卜的 、_,【、 体系终球痔巨l 

产物相的x射线衍射丹忻结果 

的是,水实验结果与l ・等人ll:和席生岐等人 的 

研究结_粜有所不同,前者用滚筒式球磨机存此AI/ 

(’u成分范 球磨获得的是川(Cu)固溶体.后者则 

用本实验装置在相同球磨条件下获碍的产物是 

(: AL化合物。这一一方面说明球磨强度效应,另一 

方面也 示出组元A【2o3作为惰性添加物的作 

用…j。在机械合金化诱发固态反应中,发生反应的 

实际上是缺陷能和碰撞能共同作用的结果。由 

Wang等人 H 的研究结果可知,CuAI和cuA1,相的 

形成激活能低于 qAk的形成激活能。Ab U1脆性 

组元的存在,一方面可以促进A1、( 组元的细化, 

增大表面能,另一方面也充当稀释剂的作用。由本 

实验结果可以看出,后者起主导作用,从而导致不同 

于席生歧等人的产物构成,这也说明高能球磨固态 

反应是由动力学因素控制的。 

3结论 

(1)化学计量配比的Al/(’u【)的反应孕育期最 

短,偏离这一配比将使球磨引发反应点火时间延长。 

(2)只有当反应物组元配比在某一范围时,高能 

球磨才能诱发固态燃烧反应。球磨强度提高则能够 

大发生燃烧所对鹰的组元配比范围。 

(3)不同配比影响反应进程和产物的构成。当 

铝含量超过化学计量配比中的比例,随Al含量增 

加,反应由单一的还原反应向还原+合成复合反应 

模式转化,反应产物依次为 +A】,( 、Cu ̄Ah+ 

Al2O3、CuA12+A12Oj、AI(( u)+AIzO3。反应物配比 

中的组元过量部分在球磨反应中扮演着稀释剂的作 

用。 

(4)球磨Al—cu—Al2 u^体系反应机制不同于 

球磨AI/CuO反应。前者的反应产物为非平衡组 

织,而后者的产物则是平衡组织: 

 刘 叫 刚 ^J州 

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52 兵器材料科学与工程 第25卷 

fatigue strength ,I(1(1 timm)d ̄reased by 37 5%-41%by chroming The SEM observanc)兀sh0wsa【s。cl1a【them L 

crocracks that exist in 1he chrome c ̄aling are the maln re&sorks of the fracture initiation Dehydrogenalion at Low lem[ ̄era 

lure is helplem to improve the faliuge property. 

key words:chmming;fatigue strength 

(上接第39页) 

[13]席生歧 周敬恩.手关天 高能球磨制备纳米晶A1/Cu 

∞pper a[uminides:J].Metall Frans B,【990.21B(6) 

台金|J]材料科学与工艺,1995,4:5 J一54 

567—577 

:1 4]Wang 1 I,,Munir Z A Hob J B.(bmbuslion synth ̄is of 

EffeO of ̄.q}osition ofinitial p( ̄,vdermixtures oll solid state reduction reacth ̄n duri, ̄g hi[M,一eneI I Imillirtg 

^Z ^ 7 一/iang . j Xiu一, 7{ ,LIUXin一 ? ,ⅪS ?一qi ,(’卜nf.rb*g一 .ZH(X:Jing一 { 

(L 'd L)f Mmen ̄ds N'ielwe& rI 】 ,Nmhwxs-tem H ml d UniversiLv Xi’an 71(;072.【1 ;2 ’h 1 f)f Ma 

leriais 1Hn・ b  ̄tcering Y YⅡJ ¨l 啦Ultix ̄,t>ity 科vu 2( ̄D30.Chills:3 sd I ( M.-,te]q ̄ds N'Ms:e&bl 

 ̄ine.!lit/g Xi’_u1 Ji; ̄:tt utg Univet>ity,Ⅺ’}ul 71(X)49.Chii ̄t) 

AhstPact: l'hc ,lid 。r ̄luuliun r ̄tC[iOlI of,,\I/CMO ixw.'der IlliXtur ̄wRh different A L zx)illeiiIs dtuqng high en<,rg3 I x'dl 

mi]iiag w …i M._l(11L L andtwt kinds ofmil!iugil]ten>ilie>wer k¨】1 】 f'he actb.'atit,nIin]t!L,e/olt、igmiti(nt, r11M、 l 

(‘ll()nfixl Li L'C2.with st L11chi L iitet Lic o ̄mlx*,iliol L l u t t.(/therwi ̄.e the actlⅥ11it ̄tl time will 1 I)rot ICI J and the i-t 【 , 

lit>I1 will ch;LII ̄.U l1 1l c【w11【)L】 1 w L 【 a gmdua【way A Ll ilicre ̄sv'in milling i Lilensil Y c l1 en Large 1h range L1f n]ixl ur 

ral i( of t}le T LL:I.1ilts thal r ̄[ci hy[1lea[is of con]busliou Atier lhe A1 ca>nlenl eKEeeds 1he I( ̄ichi )lllelric rati‘).1 he rlNic, 

1ion chmlge ̄from ̄,i rlgle reduc ̄inn way lc  reductkm’卜s.vnthsls 0 l L1e way.and 1he pmdut1s succ ̄Mvely Lr 【、u+ 

Ab( .【、L AL+A1:( .【 uAI1 1 Ab( and AI(Cu)十Ab( .The reaclion process cxm ̄Imred a4th thal of tmtt—milk-d 

Al_Cu—A L,o1 mix1life.【∞ 

Key words:high energy h¨nfiHing;mfid slate reduction reactio[1;cx}mbLlsl{on r, ̄tction 

(上接第33页) 

Numerical simulation of heat transfer of horizontal column at hi temperature 

CHFNG Yin—bing,wUGuang—ruing,MA Jian—hua+SHENJun 

(Pohl lnstilule of Solid State Ph ̄ics,Tong ̄i UniverNty,Shanghai 200092,China) 

Abstract:Two n]e1]10d were L】s lor the simulation c',dculalion of the IerrJperaltire field distribution in hoHzxmtaf co ̄ilnln 

al high ten,petalure The r ̄uks show that the finhe difference method is nlore praclical 

Key words:he ̄tl t ransfer;lhemta【insu[alion;thereto【cxn ̄duclivily;finite difference met]x:d. 


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