责编 明 秋
校对 媛 媛
审发 祁 萍
图片来源：非晶中国大数据库
机械合金化(Mechanical Alloying)最初用于合成氧化物弥散强化的高温合金，后被应用于非晶合金和纳米晶合金，是一种能够制备非平衡态粉体材料的固态相变技术。粉末混合物在机械合金化过程中，颗粒反复发生变形、断裂和冷焊并达到动态平衡，具有稳定的粒度分布和晶粒尺寸，形成层状复合组织，减小合金化原子的扩散距离。借助成分控制和工艺优化，机械合金化可以实现晶粒纳米化和固态非晶化，调控软磁磁粉的粒度分布及形成表面氧化的核壳结构，降低交变磁场作用下的涡流损耗。它可避免非晶合金薄带纳米晶化脆性，是基于粉末冶金技术制备磁性器件的有效途径。
来自重庆交通大学的兰颂等以Fe79Mo10B10Cu1合金为研究对象，采用高能振动球磨机对单质粉末混合物进行不同时长的机械球磨，直接制备FeMoBCu纳米晶合金粉末，并表征机械合金化过程中粉末的粒度分布、颗粒形貌、元素分布和结构演变，揭示FeMoBCu磁粉的磁学性能随球磨时间变化的规律。相关研究成果于2024年5月在《磁性材料及器件》上发表。
研究人员以Fe粉(纯度为99.47%)、Mo粉(99.95%)、B粉(99.9%)和Cu粉(99.7%)为原料粉末，按照Fe79Mo10B10Cu1合金成分进行称量与混合，并采用高能振动球磨机对单质粉末混合物进行机械合金化。在机械合金化过程中，球磨机转速为1200r/min，球料比为5:1，球磨时间分别为1h、3h、5h、7h、10h、15h、24h，且每球磨30min停止5min，避免温度过高。分析得到的主要结论如下：在球磨前期(<7h)，冷焊占据主导，使得颗粒粒径增大，而延长球磨时间(>7h)能有效地细化颗粒、均匀化粒度分布（图1）。随着球磨时间的延长，合金的晶粒尺寸减小至约5nm，并伴随着微观压应变的逐渐增大。合金化主要发生在球磨15h内，α-(Fe,Mo)相含量逐渐增多并形成单相，Mo元素分布由区域富集向均匀化转变（图2、3）。α-Fe中Mo元素的固溶以及球磨过程中的部分氧化，降低了合金样品的饱和磁化强度。在合金化初期(<5h)，样品的矫顽力随晶粒尺寸减小而反常增大。这是因为球磨造成的残余应力和合金化导致的磁致伸缩系数增大，磁弹各向异性成为了合金矫顽力的主导因素。当球磨时间长于 5h，合金的矫顽力随晶粒尺寸减小而降低，契合基于随机各向异性模型纳米晶合金矫顽力的变化规律，表明磁晶各向异性占据主导。经过球磨24h后，FeMoBCu合金粉末的饱和磁化强度和矫顽力分别为148A⋅m2/kg和2.23kA/m（图4）。球磨合金的矫顽力较高(>1000A/m)，主要归因于磨球撞击造成的微观压应变(约0.52%)和合金化不充分残留的细小B夹杂物(<1μm)。优化机械合金化工艺实现应变弛豫和B元素固溶，是改善FeMoBCu球磨合金软磁性能的研究方向。
近年来，我国众多企业、科研单位在非晶合金粉末产业开发与应用研究上，取得显著成绩，产生好效益，但在产业化推进中，也遇到很多问题，亟待研讨交流并联合攻关。2024年12月4日即将在唐山召开的第四届非晶合金粉末应用与发展论坛，将有有许多专家、工程师将介绍最新研究成果、最新开发产品和最新应用领域。
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