小型高能球磨機(jī)的研制及應(yīng)用

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1、小型高能球磨機(jī)的研制及應(yīng)用康志君1），賈成廠2），張先聲1）1）北京有色金屬研究總院粉末冶金研究所，北京，1000882）北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院北京，100083摘要：開發(fā)與制造了小型三維振動高能球磨機(jī)，并使用該設(shè)備進(jìn)行了多種材料的研究。結(jié)果表明，該球磨機(jī)具有高的輸出機(jī)械能密度?？赏軌蛟陂_發(fā)新材料中發(fā)揮作用。關(guān)鍵詞：高能球磨，設(shè)備機(jī)械合金化（機(jī)械活化）的當(dāng)前粉末冶金領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。而高能球磨則是開展機(jī)械合金化（機(jī)械活化）研究以及制備超細(xì)粉末的重要工藝方法。高效率的球磨機(jī)應(yīng)該能夠在較段的時間內(nèi)向被球磨粉末輸送

2、較高的機(jī)械能量，使被磨的材料在較短是時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)機(jī)械合金化（機(jī)械活化）。甚至形成納米晶或非晶材料，并減少材料的氧化。當(dāng)前常用的高能球磨機(jī)有攪拌球磨機(jī)、行星式球磨機(jī)、振動式球磨機(jī)等多種，但在探索研究工作中，仍然希望能夠進(jìn)一步提高球磨機(jī)的輸出機(jī)械能密度，同時還希望能夠在完全相同的條件下，同時制備出多個樣品。4在這種情況下，我們研制了一種小型球磨機(jī)，并使用球磨機(jī)開展了有關(guān)Cu/TiB2復(fù)合材料、含氮不銹鋼、Ag/REO觸頭材料、等方面的研究。1.小型高能球磨機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)球磨機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。圖3是其實(shí)物。圖1小型三維振動

3、球磨機(jī)正視圖1.馬達(dá)，2.皮帶輪組，3.吸振器，4.彈簧，5.磨體固定板，6.立軸7.磨罐，8.中心交叉套軸，9.軸承，10.扭擺體圖2小型三維振動球磨機(jī)俯視圖7.磨罐，10.扭擺體，11.彈簧拉力平衡系統(tǒng)圖3小型三維振動球磨機(jī)實(shí)物馬達(dá)1通過皮帶輪組2帶動軸6和扭擺軸8轉(zhuǎn)動，并帶動三個球磨罐7做上下、前后、左右的復(fù)合扭擺振動，振動頻率為1000次/分，通過計算可以得到球磨罐在上下方向的最大振幅為46mm，在左右和前后的最大振幅為16mm。且三個罐的運(yùn)動規(guī)律是完全相同的。另外，在磨體固定板5下設(shè)置有四個支撐彈簧4，高彈簧在

4、馬達(dá)和扭擺體的激烈運(yùn)動及磨球的作用下，產(chǎn)生強(qiáng)烈的多方向振動，使磨求與被磨物料達(dá)到混合更均勻、破碎更微細(xì)、作用更強(qiáng)烈，從而達(dá)到迅速微細(xì)話或合金化的目的。由于扭擺10在高能球磨的過程中產(chǎn)生一定離心力和向旋轉(zhuǎn)方向前進(jìn)的慣性力，所以本機(jī)還設(shè)置有彈簧拉力平衡系統(tǒng)11，將磨機(jī)控制在規(guī)定的運(yùn)動范圍內(nèi)。3為吸振器，能夠防止或減少振動傳遞到地面。高能球磨機(jī)集強(qiáng)力摔動、沖擊、研磨、及振動等高能動作于一體，使被磨物體具有普通球磨機(jī)根本無法達(dá)到的強(qiáng)力破碎作用及相互合金化作用。從而使被磨物料粉碎成納米級超微粉或形成機(jī)械合金?，F(xiàn)在市場上已經(jīng)有的三維

5、振動是臥式單罐，而本機(jī)是立式三罐，因此，在磨機(jī)性能基本相同的條件下，本機(jī)可提高效率2—4倍，同時還提供了在相同條件下做多試樣比較（優(yōu)化）試驗(yàn)的基礎(chǔ)。本機(jī)的另一個大的優(yōu)點(diǎn)是達(dá)到阿嚏感了使用過程中的安全性。2.小型三維振動球磨機(jī)的應(yīng)用例2.1Cu/TiB2Cu是導(dǎo)電性好的金屬材料，但作為電接點(diǎn)材料時，其高溫性能與電接觸性能往往不能滿足要求。顆粒強(qiáng)化是增強(qiáng)Cu基復(fù)合材料機(jī)械性能與點(diǎn)接觸性能的有力措施。但采用傳統(tǒng)粉末冶金的方法一般難以達(dá)到高的密度，而且強(qiáng)化相顆粒一般與基體銅的潤濕性不好；熔融鑄造的方法難以使強(qiáng)化相顆粒分布均勻，所

6、以使該類材料的開發(fā)與應(yīng)用受到限制。采用本研究的機(jī)械活化工藝，對混合粉末進(jìn)行了高能球磨。以期制備出具有致密組織、低電阻、優(yōu)良的Cu基復(fù)合材料，為開發(fā)新型電接觸材料打下基礎(chǔ)。圖4是Cu/TiB2原始粉末與經(jīng)球磨2小時粉末的X射線衍射圖譜?？梢钥闯?，雖然球磨時間很短，但Cu的衍射峰強(qiáng)度降低，寬度加大，說明起晶粒得到了明顯的細(xì)化。（a）原始粉末（b）球磨2小時圖4Cu/TiB2粉末的X射線衍射圖譜圖5是Cu/TiB2原始粉末與經(jīng)球磨2小時粉末中CuTi的面分布?？梢钥闯?，其均勻性得到了明顯的改善。（a）原始粉末（b）球磨2小時圖

7、5Cu/TiB2粉末2.2Fe-Cr-Ni為了開發(fā)新型的含氮不銹鋼，將Fe-Cr-Ni混合粉末（粒度為-200目，按18-8不銹鋼的成分配比，即Cr：18wt%，Ni：88wt%，其余Fe）在含氮的氣氛下，用本研究似的設(shè)備進(jìn)行了高能球磨。圖6是Fe-Cr-Ni原始粉末與經(jīng)球磨2小時粉末的SEM形貌?？梢钥闯?，采用本研究的設(shè)備，能夠在很短的時間內(nèi)使Fe基粉末迅速細(xì)化。球磨2小時，可以將粉末有原來的約70μm下降到15μm左右。（a）原始粉末（b）球磨2小時圖6Fe-Cr-Ni粉末圖7是Fe-Cr-Ni原始粉末與經(jīng)球磨2小時

8、粉末中Cr的面分布?？梢钥闯?，采用本設(shè)備，能夠在短時間內(nèi)使元素的分布達(dá)到十分均勻。在為以后的燒結(jié)與合金化打下了基礎(chǔ)。（a）原始粉末（b）球磨2小時圖7Fe-Cr-Ni粉末3.結(jié)束語本研究中開發(fā)與制造的小型三維振動高能球磨機(jī)，采用對稱配置的三罐立式結(jié)構(gòu)，在馬達(dá)及扭擺的作用下，磨罐內(nèi)的磨求產(chǎn)生強(qiáng)烈的摔動、沖擊、研磨、及振