【摘 要】本文讨论了Fe50Cu50复合粉体机械合金化后的形貌及固溶情况，通过对机械合金化后Fe50Cu50复合粉体进行扫描电镜和面分布分析确定了其形貌以及Fe和Cu的固溶情况。实验结果表明：球磨50h后，Fe50Cu50复合粉体颗粒尺寸基本稳定，大小在几个微米左右，且Fe和Cu已经充分的融合在一起形成了均匀的固溶体。
【关键词】Fe-Cu；机械合金化；固溶
在金属结合剂金刚石工具中，铁元素作为主要组元加入到铜基结合剂中在金属结合剂金刚石工具中应用比较普遍，但是受到Fe，Cu互溶度的限制，极大的影响了金属结合剂金刚石工具的使用[1]。根据经典固溶理论，两种金属元素的原子半径和电化学性质越接近，形成替代式固溶体的可能性越大，但是Fe-Cu体系却不同。Fe和Cu原子半径和电化学性质都非常接近，Cu的原子半径为：1.28埃；Fe的原子半径为1.27埃。但是Fe-Cu间的固溶度却很低，即使在1094℃的高温下仍然不足5%[2]，主要原因就是在于Fe-Cu合金体系的形成热为正的，液相和固相都是互不相溶的，很难用传统的熔炼技术制备均匀的合金体系，所以为了提高Fe和Cu的互溶度，必须采用机械合金化的方法来实现。因为机械合金化克服了热力学平衡条件的限制，可以使两互不相溶的成分合成出一些常规方法无法生成的亚稳固溶体，从而实现Fe粉和Cu粉的合金化。
1 实验
按Fe50Cu50的比例（重量比）计算出各罐需装入的Cu、Fe的质量，精确到0.1g，并混合均匀。其中Cu和Fe粉末的平均粒度分别为40.62μm，35.01μm。按照球料比为10：1的比列将粉体混合均匀，装进磨球罐中。钢球选用粒径尺寸不同的大小两种钢球并按1：1的比例配制。球磨参数见表1，球磨机的转速设置为250r/min。
按照上述表格所设计的时间参数分别取出样品，并将其放在KYKY——2800型扫描电子显微镜上进行组织形貌分析；在AVANTXP-381型X射线荧光分析仪上进行固溶程度分析。
2 结果与讨论
在本实验中，主要对Fe50Cu50经球磨10h、20h、50h等三个不同时间后的样品进行了扫描和面分布分析。在进行扫描电镜分析时，为了增强对比性，选取了相同的放大倍数（4000）倍。在该倍数下可以很清楚的观察到不同时间球磨后的 Fe50Cu50的颗粒形状、颗粒尺寸及聚集状态和组织形貌，通过对比可以了解不同球磨时间对样品的颗粒形状、颗粒尺寸及聚集状态和组织形貌的影响。X射线荧光分析仪可以做出Fe50Cu50这个比例下的粉体球磨 10h、20h、50h三个不同时间段的面分布。从面分布照片中可以了解到时间参数对Fe-Cu形成合金以及固溶体的影响。从图中可以清楚的反映出不同球磨时间形成合金的程度，从而了解到机械合金化过程能否促进和改善Fe-Cu之间的互溶。
2.1 形貌分析
图1为放大4000倍后Fe50Cu50的形貌照片，从图1中可以看出，球磨10h后的粉末颗粒均匀性很差，大小不一，大颗粒与小颗粒尺寸相差比较大，大颗粒的粒度在30～40μm左右，小颗粒在10μm左右。与此同时，大颗粒的颗粒形状很不规则，粉体表面出现了粘结现象，并有大量空洞存在，凸凹不平。而20h和50h的颗粒大小均匀，尤其是50h后，粉末的颗粒大小几乎一致且颗粒尺寸明显变小，粒径大致在几个微米左右，与球磨10h后的照片相比，50h后，小颗粒的数目明显增多，颗粒尺寸也基本稳定，只有几个微米，而且颗粒表面更加平滑，表面的粘结物也更加均匀和细化。
2.2 复合粉末的面分布分析
在对颗粒的尺寸进行形貌观察之后，为了准确的分析出Fe和Cu形成固溶体以及合金的情况，可以利用能谱对Fe50Cu50复合粉末进行Cu和Fe的面分布分析。图2图3图4为球磨10h，20h，50h后 Fe50Cu50金属粉的面分布照片，从图1中可以看出在球磨10h后，Cu和Fe还没有充分糅合在一起并没有完全形成合金，这一点可以从照片上的明暗对比来体现。也就是说此时明暗对比还比较明显，而50h后，Fe和Cu已经充分的融合在一起形成了均匀的固溶体，在同一个颗粒上即有Fe也有Cu，已经无法将这两种元素分开。此時表现在照片上就是明暗对比不是很明显了。不管是Cu的面分布照片还是Fe的面分布照片几乎都是一样的。 因此，可以证明在经过机械合金化后，Fe和Cu实现了固溶而且从照片中可以看出Fe和Cu的固溶程度很大，满足了金属基结合剂的金刚石工具要求。
3 结论
3.1 在本实验条件下，机械合金化50h后，粉末的颗粒大小几乎一致且颗粒尺寸明显变小，大致在几个微米左右
3.2 经过50h机械合金化后，Fe和Cu已经充分的融合在一起形成了均匀的固溶体，满足了金属基结合剂的金刚石工具要求
【参考文献】
[1]孙毓超.金刚石工具与金属学基础[M].北京：中国建材工业出版社，1999：212.
[2]梁国宪，等.球磨条件对机械合金化粉末粒度的影响[J].粉末金技术，1993，11（1）：28.
[责任编辑：王静]
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