在铜锆镍金属玻璃粉末的合成中，低能卧式球磨机是原子级合金化的主要机械驱动力。它通过碰撞、压力剪切和磨损的组合，将受控的动能传递给粉末混合物。这种机械力对于诱导固态反应至关重要，这些反应是将结晶金属转化为无定形玻璃结构所必需的，而无需熔化。
该球磨机作为一个高应力反应器，利用严重的塑性变形来破碎和冷焊金属颗粒，迫使它们在环境温度下进行原子级混合，直到形成均匀的金属玻璃。
能量传递的力学原理
受控动能
卧式球磨机的主要功能是将机械旋转转化为特定的动能。与可能产生过量热量的高能球磨机不同，低能配置侧重于受控冲击。
力的三要素
研磨过程使铜锆镍粉末承受三种不同的物理力：碰撞、压力剪切和磨损。
这些力发生在研磨球和粉末之间。它们是分解原始金属颗粒完整性以准备合金化的物理机制。
物理转变过程
严重塑性变形
当研磨介质撞击粉末时，金属颗粒会发生严重的塑性变形。这会改变铜、锆和镍颗粒的形状和内部结构，增加它们的表面积和缺陷密度。
焊接与破碎的循环
该过程由一个重复的冷焊和破碎循环定义。
颗粒被挤压在一起直到它们结合（冷焊），形成复合颗粒。同时，冲击力会破碎这些复合颗粒。这种不断的破碎和重组允许不同元素逐层混合。
实现非晶态
原子级混合
球磨机的最终作用是驱动原子级混合。
通过球磨机的连续捏合作用，铜、锆和镍原子之间的扩散距离似乎在消失。这迫使原子以随机、无序的方式排列，而不是结构化的晶格。
环境温度下的固态反应
该方法的一个关键优势是它促进了固态反应。
无定形金属玻璃结构是在环境温度下形成的。通过依赖机械能而不是热能，该过程完全绕过了液相，防止了熔体冷却过程中可能发生的相分离。
理解工艺限制
能量的平衡
虽然目标是非晶化，“低能”的定义意味着在加工时间和强度方面存在权衡。
由于能量输入较低且控制更精确，该过程在很大程度上依赖于长时间内碰撞的累积效应。
依赖机械应力
合成完全取决于机械应力传递的效率。
如果压力剪切和磨损不足，塑性变形将不足以引起冷焊。没有这一点，就无法实现制造真正金属玻璃所需的原子混合。
为您的目标做出正确选择
要成功合成铜锆镍金属玻璃，您必须将研磨参数与所需的材料状态相匹配。
- 如果您的主要重点是完全非晶化：确保研磨时间足够长，以便重复的破碎和冷焊循环能够使元素在原子水平上完全混合。
- 如果您的主要重点是温度管理：依靠低能配置来维持环境加工温度，防止与高温相关的非预期结晶或氧化。
卧式球磨机不仅仅是一个研磨机；它是一个机械反应器，通过纯粹的物理力迫使不同的金属成为单一、统一的玻璃。
总结表：
| 机制 | 描述 | 在合成中的作用 |
|---|---|---|
| 动能 | 受控机械旋转 | 为固态反应提供能量 |
| 冲击力 | 碰撞、压力剪切和磨损 | 破坏颗粒完整性并引起变形 |
| 冷焊 | 金属颗粒的重复结合 | 形成复合颗粒以进行逐层混合 |
| 破碎 | 复合材料的机械破碎 | 增加表面积和缺陷密度以促进扩散 |
| 非晶化 | 原子级无序混合 | 将晶体结构转化为金属玻璃 |
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参考文献
- Ahmad Aldhameer, Mohamed Kishk. Synthesis, and characterization of metallic glassy Cu–Zr–Ni powders decorated with big cube Zr2Ni nanoparticles for potential antibiofilm coating applications. DOI: 10.1038/s41598-022-17471-x
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