本發明屬于固溶體粉末制備技術領域，具體涉及一種過飽和mg(ti)金屬固溶體粉末的制備方法。

背景技術：

ti在mg中的平衡固溶度只有0.3%原子比，要制備固溶度高于該濃度的過飽和mg(ti)固溶體必須采用非平衡方法，如淬火法，或高能球磨方法。淬火法需要較高的降溫速率，且淬火產物不是小顆粒粉末，另外mg的飽和蒸汽壓較高，樣品以mg為主時不宜基于mg熔體進行制備，而球磨法可以直接制得粉末狀mg(ti)固溶體。

目前球磨機的球磨罐和磨球主要是金屬材質，比如不銹鋼罐或硬質合金罐，球磨時會導致mg與金屬球磨罐體內壁和金屬磨球發生粘連，得不到粉末狀的樣品而是小團狀的樣品，只有樣品表面才有ti固溶，中心基本無ti分布，固溶度很不均勻。為避免發生大幅度粘連通常加入助磨劑，如硬脂酸，這雖然可以明顯減少粘連，但助磨劑難以完全分量而有較大污染。而且傳統球磨能量不夠高，要形成過飽和固溶體需要較長球磨時間，這會給樣品帶來污染。

技術實現要素：

本發明針對上述背景技術中存在的技術問題，提供一種過飽和mg(ti)金屬固溶體粉末的制備方法。

一種過飽和mg(ti)金屬固溶體粉末的制備方法，包括以下步驟：

1）首先將mg粉和ti粉按照mg:ti=100:x的原子比裝入球磨罐內，其中x為1-5，兩種粉末總質量為3-10g，然后裝入磨球；

2）球磨罐的蓋板上安裝電極棒，蓋好蓋板，電極棒位于罐體內部中間，電極棒與球磨罐外表面分別連接高壓交流電源的兩極；

3）用真空泵對密閉的球磨罐進行抽真空5-10min，然后充入氣體介質，反復進行2-4次，最后一次充入氣體介質使球磨罐內氣壓為0.1-1atm；

4）將球磨罐裝到貼壁球磨裝置的振動臺，調節電機啟動方式，以穩態轉速進行球磨0.5-1h、停止10-20min的間歇式貼壁球磨，進行球磨時，接通高壓交流電源，使球磨罐內部氣體發生輝光放電產生等離子體；

5）每進行貼壁球磨4-6h后卸下球磨罐，把球磨罐安裝到行星球磨機進行球磨5-10min，以使得粉末混合更均勻，然后再進行步驟4）的貼壁球磨；

6）重復步驟4）和步驟5）進行球磨20h后采集樣品，最后進行xrd與電子顯微測試。

進一步的，步驟1）中mg粉的顆粒度小于100目，ti粉的顆粒度小于100目。。

進一步的，步驟1）中所述球磨罐為雙層結構，其內層罐體采用高硬度和耐磨性好的陶瓷材質，如氧化鋯、氮化硅等，外層罐體采用金屬材質，如鋁合金、銅、不銹鋼等，所述磨球采用陶瓷材質。球磨罐內層與磨球均采用陶瓷材質，可以使得球磨時mg不與球磨罐內壁與磨球發生粘連。

進一步的，步驟1）中所述磨球分為大磨球和小磨球，大磨球的直徑為20-25mm，小磨球的直徑為12-16mm，大磨球的數量為2-4個，小磨球的數量為3-6個。

進一步的，步驟3）中所述氣體介質為惰性氣體，如氬氣。

進一步的，步驟4）中所述穩態轉速為1000-1600r/min。。

進一步的，步驟4）中高壓交流電源的電壓為10-20kv，頻率為10-20khz。。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1、本發明的球磨罐內壁為高硬度和高耐磨的陶瓷材質，磨球也采用陶瓷材質，使得金屬基的樣品基本不會與球磨罐及磨球發生粘連，球磨進程不會受到任何因粘連帶來的影響；

2、本發明采用等離子體輔助球磨，其能量比單機械球磨明顯更高，有利于過飽和固溶體的形成，可大大縮短了球磨時間；

3、本發明采用內層為陶瓷材質的球磨罐進行等離子體輔助球磨時，由于罐體內層為絕緣材質，可以實現雙介質阻擋放電，而雙介質阻擋放電形成的冷等離子體比罐體為全金屬的單介質阻擋放電情況會更加均勻，等離子輔助球磨效果更佳；

4、本發明采用了貼壁球磨方式，磨球貼住球磨罐內壁做高速圓周運動，使磨球與中間的電極棒不發生碰撞，也不與球磨罐內壁碰撞，使得電極棒使用壽命大大提高，罐體內形成的等離子輝光十分穩定，另外，貼壁球磨方式下，磨球滾滑過樣品，比傳統球磨方式更容易細化粉末；

5、本發明還通過行星球磨方式與貼壁球磨方式交替進行，使得既獲得等離子輔助貼壁球磨的優勢，也兼有行星球磨下樣品均勻度高的優勢，解決了貼壁球磨方式因粉末與磨球有規律的運動使粉末雜亂度低、均勻性差的缺點，使得樣品的均勻度得到大大的提高；

6、本發明不需要使用助磨劑，不會對樣品產生助磨劑帶來的污染，保證樣品的純度；

4、本發明的制備方法還可以應用到其他mg(tm)固溶體中，tm過渡元素可以是zr、v、nb等，應用廣泛。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的樣品xrd衍射圖譜；

圖2是本發明實施例1的制得的樣品的二次電子顯微圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例描述本發明，以下實施例以發明最優效果進行解釋說明，但是這些實施例并非本發明的限制。

實施例1：

一種過飽和mg(ti)金屬固溶體粉末的制備方法，步驟如下：

1）首先將mg粉和ti粉按照mg:ti=100:2的原子比裝入球磨罐內，mg粉和ti粉的顆粒度均小于100目，兩種粉末總質量為3g，然后裝入磨球；

2）球磨罐的蓋板上安裝電極棒，蓋好蓋板，電極棒位于罐體內部中間，電極棒與球磨罐外表面分別連接高壓交流電源的兩極；

3）用真空泵對密閉的球磨罐進行抽真空5min，然后充入氬氣，反復進行4次，將球磨罐體內的水和氧含量降低，最后一次充入氣體介質使球磨罐內氣壓為0.1atm；

4）將球磨罐裝到貼壁球磨裝置的振動臺，調節電機啟動方式，以穩態轉速1000r/min進行球磨0.5h、停止10min的間歇式貼壁球磨，進行球磨時，接通高壓交流電源，電壓為10kv，頻率為10khz，使球磨罐內部氣體發生輝光放電產生等離子體；

5）每進行貼壁球磨4h后卸下球磨罐，把球磨罐安裝到行星球磨機進行球磨5min，然后再進行步驟4）的貼壁球磨；

6）重復步驟4）和步驟5）進行球磨20h后采集樣品，最后進行xrd與電子顯微測試。

本實施例中，球磨罐為雙層結構，其內層罐體采用氧化鋯材質，外層罐體采用不銹鋼材質，所述磨球采用氧化鋯材質。

本實施例中，磨球分為大磨球和小磨球，大磨球的直徑為20mm，小磨球的直徑為12mm，大磨球的數量為2個，小磨球的數量為6個。

經過上述方法制備得到的過飽和mg(ti)固溶體是粉末狀，顆粒度小于300目；如圖1中樣品的xrd圖譜顯示，1)基本都是mg的衍射峰，說明其結構與mg相同；2)看不到明顯的雜質衍射峰，說明樣品污染小,1)和2)說明ti固溶到mg中，形成mg(ti)固溶體；另外，3)球磨后mg(ti)粉末的衍射峰發生明顯的增寬和降低，說明樣品顆粒度細。如圖2所示，樣品顆粒很細，顆粒度約為10微米；樣品基本表現為一個襯度，說明樣品均勻性很好。

實施例2：

一種過飽和mg(ti)金屬固溶體粉末的制備方法，步驟如下：

1）首先將mg粉和ti粉按照mg:ti=100:5的原子比裝入球磨罐內，mg粉和ti粉的顆粒度均小于100目，兩種粉末總質量為10g，然后裝入磨球；

2）球磨罐的蓋板上安裝電極棒，蓋好蓋板，電極棒位于罐體內部中間，電極棒與球磨罐外表面分別連接高壓交流電源的兩極；

3）用真空泵對密閉的球磨罐進行抽真空10min，然后充入氬氣，反復進行2次，將球磨罐體內的水和氧含量降低，最后一次充入氣體介質使球磨罐內氣壓為1atm；

4）將球磨罐裝到貼壁球磨裝置的振動臺，調節電機啟動方式，以穩態轉速1600r/min進行球磨1h、停止20min的間歇式貼壁球磨，進行球磨時，接通高壓交流電源，電壓為20kv，頻率為20khz，使球磨罐內部氣體發生輝光放電產生等離子體；

5）每進行貼壁球磨6h后卸下球磨罐，把球磨罐安裝到行星球磨機進行球磨10min，然后再進行步驟4）的貼壁球磨；

6）重復步驟4）和步驟5）進行球磨20h后采集樣品，最后進行xrd與電子顯微測試。

本實施例中，球磨罐為雙層結構，其內層罐體采用氮化硅材質，外層罐體采用銅材質，所述磨球采用氮化硅材質。

本實施例中，磨球分為大磨球和小磨球，大磨球的直徑為25mm，小磨球的直徑為16mm，大磨球的數量為4個，小磨球的數量為3個。

實施例3：

一種過飽和mg(ti)金屬固溶體粉末的制備方法，步驟如下：

1）首先將mg粉和ti粉按照mg:ti=100:3的原子比裝入球磨罐內，mg粉和ti粉的顆粒度均小于100目，兩種粉末總質量為5g，然后裝入磨球；

2）球磨罐的蓋板上安裝電極棒，蓋好蓋板，電極棒位于罐體內部中間，電極棒與球磨罐外表面分別連接高壓交流電源的兩極；

3）用真空泵對密閉的球磨罐進行抽真空8min，然后充入氬氣，反復進行3次，將球磨罐體內的水和氧含量降低，最后一次充入氣體介質使球磨罐內氣壓為0.5atm；

4）將球磨罐裝到貼壁球磨裝置的振動臺，調節電機啟動方式，以穩態轉速1400r/min進行球磨0.8h、停止15min的間歇式貼壁球磨，進行球磨時，接通高壓交流電源，電壓為15kv，頻率為15khz，使球磨罐內部氣體發生輝光放電產生等離子體；

5）每進行貼壁球磨5h后卸下球磨罐，把球磨罐安裝到行星球磨機進行球磨8min，然后再進行步驟4）的貼壁球磨；

6）重復步驟4）和步驟5）進行球磨20h后采集樣品，最后進行xrd與電子探針測試。

本實施例中，球磨罐為雙層結構，其內層罐體采用氧化鋯材質，外層罐體采用鋁合金材質，所述磨球采用氧化鋯材質。

本實施例中，磨球分為大磨球和小磨球，大磨球的直徑為23mm，小磨球的直徑為14mm，大磨球的數量為3個，小磨球的數量為4個。

實施例4：

與實施例1的不同之處在于，貼壁球磨裝置的電機穩態轉速為1600r/min，其余工作原理與實施例1相同。

實施例5：

與實施例1的不同之處在于，貼壁球磨裝置的電機穩態轉速為1300r/min，其余工作原理與實施例1相同。

實施例6：

與實施例1的不同之處在于，高壓交流電源的電壓為20kv，頻率為20khz，其余工作原理與實施例1相同。

實施例7：

與實施例1的不同之處在于，高壓交流電源的電壓為15kv，頻率為15khz，其余工作原理與實施例1相同。

顯然，上述實施例僅僅是為了清楚的說明本發明所作的舉例，而并非對實施的限定。對于所述領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式子以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。