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1、交通科学第26卷第3期武汉理工大学学报(与工程版)Vol.26No.32002年6月JournalofWuhanUniversityofTechnologyJune2002(TransportationScience&Engineering)球磨参数对纯金属粉①末颗粒尺寸的影响1)2)3)胡建华施雨湘吴芳(1)武汉理工大学物流工程系武汉430063)(2)3)武汉大学武汉430072)(武汉461厂武汉430084)摘要:分析了磨球碰撞过程,推导出了颗粒尺寸与球磨参数及颗粒原始大小之间的关系,计算了
2、Fe粉和Ni粉在一定参数下颗粒尺寸的变化规律.计算值与实验测定值的比较表明文中的理论计算值与实验结果基本一致.关键词:球磨参数;颗粒尺寸;Fe粉;Ni粉中图法分类号:TF123.2高能球磨技术作为一种新型材料的制备技术332AgPDgH受到了广泛的重视,特别是在机械合金化(MA)、L=n-Dq=4n-Dq(1)超细粉末、纳米尺度粉末制作等方面都是一种有若设球磨过程中球的相对运动速度为v,则[1]效的手段.球磨过程中,在不同的球磨参数下,单个球发生一次碰撞的时间为通过磨球的撞击使粉粒变形、焊合、断裂等
3、过程不Lt0=(2)断地重复进行,随着时间的延长,粉粒不断细化v(在MA过程中还伴随着组织结构的变化).球磨因此,单位时间内n个球的碰撞次数为强度的高低、钢球的大小、球粉的质量比、球磨机m=nv=nv(3)L32的转速及球磨气氛等都影响到最终粉末的状态.PDgH-Dq4n有关球磨参数对粉末的细化影响的规律,目前主[1,2]要从实验角度来分析和总结,尚未见到有关从理论方面推导的报道.文中将首先分析了磨球碰2颗粒直径的理论估算撞过程,确定球磨参数对纯金属粉末颗粒尺寸的影响,进而估算颗粒的理论尺寸,并与有
4、关实验值设待球磨的粉末质量为G,密度为Q,为简化进行比较和分析.计算过程不妨假设原始颗粒直径均匀且为df,则待球磨粉末颗粒的原始数目nf为1磨球碰撞过程分析6Gnf=3(4)PQdf当球磨能量足够时,可以假设每一次碰撞均设球磨过程在直径为Dg、高为H的球罐中使a颗颗粒破碎,且每颗颗粒破碎为两颗大小相进行,且磨球直径为Dq,则球磨罐容积为Ag=等的细颗粒.若此时颗粒平均直径为d,则有P2P3DgH,单个球体积为Aq=Dq.46KDqdfa=2(1+2)(5)假设在球磨过程中n个磨球均匀分布在球磨2df
5、dd罐容积中,由于球磨罐容积比单个球体积大得多,式中:K为与磨球直径、碰撞面积大小有关的系因此球与球及球与罐壁之间的平均间距为数[3,4].①收稿日期:20011129胡建华:男,36岁,博士生,副教授,主要研究领域为金属间化合物第3期胡建华等:球磨参数对纯金属粉末颗粒尺寸的影响·345·当球磨时间为t时,经破碎后新增加的颗粒机转速为120römin.antA罐为纯Fe粉,商品粒度为80目,取样测量数目为nt=.t0平均尺寸为0.2mm,在分析天平上称取15g;B很显然,此时颗粒尺寸平均粒径为罐为纯
6、Ni粉,商品粒度为200目,取样测量平均d=dnf(6)尺寸为0.072mm,在分析天平上称取15g.均密fnt+nf封于抽真空后并充氩气保护的不锈钢球磨罐中进dfdf此式即d==(7)行球磨,每球磨一段时间后取少许样品,重新抽真ntant+1+1空充氩气后继续进行球磨.nfnft0由于Dqmd,式(5)可以近似为样品均为金属粉粒,粒度分析在S570型扫描电子显微镜上进行.由于金属粉末的粒度呈平均KDqdfDqdfa=2(1+2)≈K2(8)分布规律,因此在测量粉粒尺寸时,每种样品随机2dfdddf
7、dd选取和观察5个视场,并取视场中中等大小的颗将式(8)代入式(7)并化简得粒作为测量对象,测量误差不超过±5%,取在不2KnDqd2d+t=df(9)同的5个视场中所测量尺寸的平均值作为颗粒平nft0dfdf均直径.分析测定颗粒平均直径的结果见表1.式(9)即颗粒直径d与球磨时间t之间关系的表根据条件可以确定各主要参数为达式,将式(1)、(2)、(4)代入式(9)就可以估算出Dq=10mm,v=2.5mös,L=24mm,某一时刻的颗粒直径或估算达到某一直径时所需-5t0=0.01s,K=1.58
8、×10.要的球磨时间.Fe粉:df=0.2mm,nf=459100(Q=3数值计算与实验分析37.8göcm).6Ni粉:df=0.072mm,nf=8.62×10(Q=8.在行星式球磨机上进行球磨实验,球磨时的9göcm3).主要参数为:球磨罐直径90mm,高度100mm,将上述参数代入式(9)进行计算,结果如表2磨球为不锈钢制,直径10mm,数量15个,球磨所示.表1颗粒平均直径测量值球磨时间töh0471120385884100Fe直径öLm2001206030
