机械球磨会极大地增加金属粉末的反应性。该过程通过高能冲击产生新的表面，使得高熵合金（HEA）粉末极易发生氧化和污染。在惰性气体气氛（如高纯氩气）下进行此过程是将这些材料与大气中的氧气和湿气隔离的唯一方法，从而确保高性能应用所需的化学完整性。
核心要点：机械合金化过程通过指数级增加金属粉末的表面积，本质上将其转化为高反应性物质。如果没有惰性气体屏蔽来置换氧气和湿气，非预期的氧化将不可逆转地改变合金的化学成分，并降低最终氧化物弥散强化（ODS）材料的性能。
粉末反应性的物理学
增加比表面积
机械球磨涉及长时间（通常长达24小时）的高能冲击。
此过程会反复破碎粉末颗粒，从而极大地增加其比表面积。
随着表面积的增大，暴露于周围环境的材料量呈指数级增长。
产生新的反应性表面
物理破碎作用不仅使颗粒变小；它还会将它们劈开。
这会暴露新的、未氧化的金属表面，这些表面在化学上是不稳定的。
如果暴露在普通空气中，这些新的表面具有高反应性，会立即与氧气或湿气结合。
保持化学成分
防止非预期的氧化
使用惰性气氛的主要目的是防止不受控制的氧化物的形成。
如果球磨罐中存在氧气，它会与新的金属表面反应形成杂质。
这种污染会损害氧化物弥散强化（ODS）高熵合金所需的精确化学平衡。
保护活性元素
这些合金中常用的某些元素特别容易氧化。
铝或钪等活性元素的氧亲和力很高。
在真空或充氩环境中隔离这些元素是将其保留在合金基体中的金属状态的唯一方法。
操作要求和权衡
设备复杂性和成本
使用惰性气氛需要专用设备，特别是真空球磨罐。
这些罐必须能够维持高真空或通过高纯度气体维持正压。
与敞口球磨相比，这增加了设置的复杂性并提高了运营成本。
密封失效的风险
工艺的完整性完全依赖于罐密封的质量。
如果在24小时的高能冲击循环中密封失效，保护性气氛将丢失。
即使是轻微的泄漏也可能导致部分氧化，从而使整批粉末不一致或无法使用。
为您的目标做出正确选择
为确保您的机械合金化过程取得成功，请评估您对纯度和材料成分的具体要求。
- 如果您的主要重点是ODS合金开发：您必须在真空密封的罐中使用高纯度氩气，以防止铝和钪等活性元素的消耗。
- 如果您的主要重点是基本粒度调整：您可能可以容忍较低的纯度水平，但您会冒着损害最终固结部件机械性能的风险。
严格的大气控制不是一个可选项；它是生产高质量高熵合金的基本基准。
摘要表：
| 特性 | 惰性气氛（氩气）的影响 | 标准空气暴露的影响 |
|---|---|---|
| 表面完整性 | 保护新的、剪切的金属表面 | 导致新表面立即氧化 |
| 化学纯度 | 保持精确的元素平衡 | 引入非预期的氧化物杂质 |
| 材料性能 | 针对高性能ODS合金进行优化 | 降低机械和化学性能 |
| 活性元素 | 保留铝和钪等元素 | 快速消耗活性合金元素 |
| 工艺目标 | 高质量机械合金化 | 批次失败或污染的风险 |
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参考文献
- І.V. Kolodiy, V. S. Okovit. MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF OXIDE DISPERSION STRENGTHENED HIGH-ENTROPY ALLOYS CoCrFeMnNi AND CrFe2MnNi. DOI: 10.46813/2021-132-087
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
