高纯度氩气在机械合金化过程中起着至关重要的惰性保护作用。由于钛（Ti）和铝（Al）具有化学活性强且对氧高度敏感的特性，氩气气氛将这些粉末与环境空气中的氮气和氧气隔离开来。没有这种屏障，高能研磨过程将导致立即氧化，从而破坏最终合金的化学纯度和理论性能。
核心要点 机械合金化极大地增加了金属粉末的表面积和反应活性。使用高纯度氩气气氛不仅仅是预防措施；这是防止快速氧化并确保最终材料形成预期的金属键而非脆性氧化物污染物的基本要求。
化学反应性
钛和铝的敏感性
钛和铝都是高活性元素。它们天然对氧和氮具有强烈的亲和力。
在标准大气中，这些金属几乎会立即形成氧化层。高纯度氩气置换了这些空气，创造了一个这些反应无法发生的化学环境。
保持理论性能
合金化的目标是实现特定的机械性能，例如高强度或延展性。
如果氧气渗透到过程中，它会在金属基体中形成脆性氧化物相。这些杂质会损害合金的结构完整性，使其无法达到其理论性能极限。
机械合金化如何放大风险
表面积急剧增加
机械合金化是一个剧烈的过程，涉及长时间（通常长达24小时）的高能冲击。
当球磨破碎金属颗粒时，会暴露新鲜、未氧化的金属表面。这导致“巨大的比表面积”，呈指数级增加了暴露于环境的材料量。
高化学活性
破碎过程不仅暴露了表面积；它使金属处于“高活性”状态。
这些新鲜表面在化学上不稳定，并且渴望与任何可用的物质结合。在没有氩气等惰性气体的情况下，它们会立即与大气中的杂质结合，从而永久改变合金的成分。
理解权衡
氩气纯度等级
并非所有氩气都一样。“工业级”氩气可能仍含有微量的水分或氧气，这些对于焊接来说是可以接受的，但对于活性金属的机械合金化来说是灾难性的。
如果氩气纯度不足（通常为 99.999%），微量污染物会在长时间的研磨过程中累积，尽管有保护气氛，仍会导致不可避免的氧化。
密封完整性与气氛
氩气气氛的效果取决于盛装它的容器。
即使使用高纯度气体，一个密封性差的真空球磨罐也会在 24 小时的周期内允许大气交换。气氛必须被视为一个密封系统的一部分；气体纯度不能弥补机械泄漏。
为您的目标做出正确选择
为确保您的合金化过程成功，您必须根据您的材料要求来匹配您的环境控制。
- 如果您的主要重点是最大延展性和断裂韧性：使用超高纯度（UHP）氩气（99.999%）并严格检查罐体密封性，以几乎消除所有氧化物夹杂物。
- 如果您的主要重点是工艺一致性：在充入氩气之前执行真空抽空循环，以确保在研磨开始前粉末本体中没有残留的空气。
控制气氛，您就控制了材料性能。
总结表：
| 因素 | 对活性金属（Ti/Al）的影响 | 高纯度氩气的作用 |
|---|---|---|
| 表面积 | 通过破碎急剧增加；产生高活性位点 | 为新鲜、未氧化的表面提供惰性屏障 |
| 化学亲和力 | 对 O2 和 N2 的强烈吸引；形成脆性氧化物 | 置换活性气体以保持化学纯度 |
| 机械性能 | 氧化物夹杂物降低延展性和结构强度 | 保持理论强度和金属键合 |
| 工艺时长 | 长时间研磨（最多 24 小时）增加暴露风险 | 在整个过程中确保稳定、无污染的环境 |
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参考文献
- Laura Elena Geambazu, Vasile Dănuț Cojocaru. Microstructural Characterization of Al0.5CrFeNiTi High Entropy Alloy Produced by Powder Metallurgy Route. DOI: 10.3390/ma16217038
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
