Аннотация
Введение 3
1. Основные закономерности механической активации твердых тел 5
1.1. Физико-химические явления, возникающие при механической активации твердого
тела 5
1.2. Аппараты для механической активации 8
1.2.1. Аппараты ударного действия 9
1.2.2. Аппараты истирающего действия 9
1.2.3. Аппараты ударно - истирающего действия 10
1.3. СВС - Самораспространяющийся высокотемпературный синтез 10
1.3.1. Основные черты СВС 12
2. Применяемые методики исследования и экспериментальное оборудование 12
2.1. Методика металлографического исследования 12
2.2. Определение микротвердости 14
2.3. Принципиальные особенности протекающих при выявлении микроструктуры
процессов 17
2.4. Методика исследования внутренней структуры агломератов 19
2.5. Полученные результаты внутреннего строения агломератов и микротвердости 24
2. 5. 1. Система титан - никель 24
2. 5. 2. Система никель - алюминий 31
Заключение 37
Список использованных источников и литературы 38
В последние годы механическая активация (МА) различных соединений активно развивается, чему способствовали улучшения в технологиях измельчения и прогресс в изучении химии твердых тел. С точки зрения структуры твердого тела, механическая активация представляет собой процесс деформации идеальной кристаллической структуры, приводящий к образованию разнообразных дефектов в решетке и, как следствие, изменению энергетического состояния материала. Интенсивное измельчение сопровождается накоплением энергии, которая сохраняется в измельченном продукте в виде поверхностной энергии или энергии, связанной с изменением расстояний между атомами. Эта накопленная энергия проявляется в последующих физико-химических реакциях.
Процесс измельчения в ударных, ударно-истирающем или истирающих режимах приводит к образованию структурных дефектов, увеличению кривизны поверхности, фазовым переходам и даже аморфизации кристаллов, что в свою очередь сказывается на их химической активности. Механоактивация происходит в тех случаях когда скорость накопления дефектов превышает скорость их восстановления. Такой эффект наблюдается в энергоемких устройствах таких как центробежные планетарные и струйных мельницах, дезинтеграторы и аналогичные аппараты., где сочетаются высокая частота и интенсивное механическое воздействие.
Механическая активация твердых реагентов направлена на накопление в них энергетических запасов, что способствует снижению температуры синтеза компонентов, увеличению количества выделяемого тепла и упрощению диффузионных процессов [1]. Из опубликованных исследований в сфере механической активации можно с уверенностью утверждать о её эффективности в увеличении повышения интенсивности процессов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).
Обработка материала в мельницах приводит к аналогичным преобразованиям, как и воздействие высокого давления с деформацией сдвига. В результате в материале могут происходить такие взаимодействия как разложение и синтез разнообразных веществ, ускорение химических реакций, повышаться каталитические свойства, а также изменятся структура и физико-химические характеристики материала. В основе таких исследований сформировалась наука - механохимия неорганических веществ. Механохимия изучает процессы, которые протекающие при механической обработке, а также те явления, которые являются ее. Основной вопрос, который решает механохимия - каким образом механическая энергия переходит в химическую.
Прогресс в области механохимии неорганических материалов был обусловлен не только созданием и усовершенствованием новых технологий измельчения, в частности планетарных мельниц, но и всевозрастающей промышленной необходимостью в высокодисперсных материалах для различных отраслей, включая оборонную промышленность и развитие экономики. Механическая активация открыла новые горизонты в области переработки и оценке качества руд и минералов [2, 3], на ее основе появились инновационые строительные материалы [4] и методы обработки металлических поверхностей [5]. Исследования в этой области также позволили выявить возможности снижения прочности материалов посредством адсорбции [6], а также разработать способы активации минералов с помощью мельчайшего измельчения измельчения [7] и другие.
В порошковой смеси Ti+Ni размер агломератов постоянно меняется на протяжении всего процесса МА, во время которого происходят два основных и противоположных процесса: измельчение и агломерация. Они влияют на образование и размер агломератов. Полученные значения среднего размера агломератов от времени МА показан на Рисунке 6. Изменения размеров носит немонотонный характер. До 4 мин МА происходит увеличение среднего размера, после 4 мин МА - резкое уменьшение, и далее, до 10 мин. МА, значения не претерпевают видимых скачков.
Механическая активация порошковой смеси титана и никеля происходит с образованием агломератов, которые имеют слоистую структуру.
Размер агломератов неравномерно изменяется на протяжении всего процесса МА. До 4 мин МА происходит увеличение средних размеров от 6 до 250 мкм, с 4 до 6 мин МА снижение до 58 мкм.
Изменения происходят как во внешней, так и во внутренней структуре слоистых агломератов.
В порошковой смеси 3Ni+Al низкоэнергетическая механическая активация осуществляется с образованием неплотных агломератов, состоящих из матрицы никеля с отдельными включениями алюминия. При этом на начальных этапах низкоэнернетической механоативации фиксируются отдельные агломераты, которые состоят из практически чистого никеля.
После 6 ч НМА участки со 100% содержанием никеля или алюминия не обнаруживаются. Присутствуют только области с преобладающим содержанием того или иного компонента.
После 30 ч НМА внутренняя структура агломерата выглядит более размазанной, практически не видно отдельных четко сформированных слоев.
Полученные результаты изменения микротвердости образцов 3Ni+Al показали, что в процессе низкоэнергетической механообработки порошковой смеси 3Ni+Al ее микротвердость возрастает до 40 ч НМА с последующим уменьшением после 40 ч НМА.
