Wysoko energetyczne mielenie i mechaniczna synteza

Najczęściej wykorzystuje się tą nazwę:

Mechaniczne mielenie/mechaniczna synteza

Mechanical milling/mechanical alloying

W przypadku mechanicznego mielenie oddziaływaniom deformującym w młynach kulowych poddawane są jednorodne w składzie proszki czystego metalu, związki międzykrystalicznych metali czy stopów.

Natomiast mechaniczna synteza jest procesem, w którym na początku miesza się ze sobą proszki różnych metali, stopów lub mieszanin. W procesie tym w przeciwieństwie do mechanicznego mielenie występuje transfer materiału.

Mech. Mielenie wyk jest głownie do rozdrabniania proszków materiału wejściowego, ale także do rozdrabniania uporządkowanej mikrostruktury faz międzymetalicznych lub amorfizacji stopu.

W anglojęzycznej literaturze proces mielenie określany jest terminem – mechanical disordering

Również mech. Syntezą można uzyskać amorfizacje struktury stopu, jednakże zajmuje to znacznie więcej czasów stosunku do metody mech mielenia, ponieważ najpierw musi nastąpić wytworzenie docelowego materiału.

Mielenie proszków mat. Np. metalu w obecności atmosfery gazowej (tlen, azot, wodór) może spowodować zainicjowanie reakcji chemicznych przy niższych temperaturach. Metodę tę określa się, jako reactive ball-milling (RMB) lub reactive milling (RM) i wykorzystywane są miedzy innymi do wytwarzania azotków TIN, BN, ZrN, FeN

Mielenie może być również przeprowadzone w ekstremalnie niskich temp – ang cryomilling

Proces wysokoenergetycznego mielenia może w niektórych przypadkach składać się z kilku etapów krótkotrwałego mielenie dwóch różnych proszków w celu aktywacji ich cząstek i następująco po nom wygrzania mieszaniny w stałej temp zapewniającej uzyskanie wymaganego materiału wyjściowego.

Proces ten w języku ang określa się: mechanically activated annealing (M2A)

Mechaniczna synteza jest złożonym procesem, w którym wiele parametrów może mieć wpływ na strukturę oraz własności finalnego produktu

Schemat 1 Podstawowe parametry oddziałujące na produkt finalny mechanicznej syntezy

Typy młynów

Młyny stosowane w procesie mechanicznej syntezy lub mech mielenia różnią się od siebie przede wszystkim pojemnością, budowa i dodatkowym oprzyrządowaniem, rodzajem medium oddziałującym deformująco na mielone cząstki proszków, mechanizmem odpowiedzialnym za nadawanie pędu mielnikom.

Najczęściej w procesie mech syntezy i mech mielenia wykorzystuje się młyny planetarne, wibracyjne oraz attritory.

Młyny planetarne są jednymi z najbardziej popularnych młynów w zastosowaniach mechanicznego stopowania nowych materiałów. W jednym młynie można jednocześnie zamocować do 4 pojemników. W młynach planetarnych pojemniki są umieszczone na obwodzie okrąglej podstawy poruszającej się ruchem obrotowym dookoła własnej osi. Ponadto każdy z pojemników także obraca się wokół własnej osi, najczęściej w przeciwnym kierunku do podstawy, specyfika względnych ruchów powoduje naprzemienne zgodne i przeciwne wstawianie się wektorów sil odśrodkowych pochodzących od poszczególnych ruchów obrotowych kul wykonujących cykliczny ruch tocząc się po wewnętrze stronie pojemnika rozcierając mielony materiał. Uderzenia zapewniają odkształcenie plastyczne i fragmentacje cząstek mielonego materiału.

Młyny wibracyjne cechują się większa częstotliwością zderzeń miedzy sobą lub ścianami pojemnika niż młyny planetarne. Młyn wibracyjny typu SPEX zawiera tylko jedno mocowanie na pojemnik, co jest powodem szerszego ich wykorzystania przez laboratoria niż przez przemysł. Pojemnik mocuje się w odpowiednim uchwycie zabezpieczającym, specjalny mechanizm nadaje pojemnikowi ruch zbliżony do nieskończoności - ∞

Częstotliwość ruchu powtórzeń może wynosić do kilku tysięcy razy na minutę.

Prędkość kul w takich młynkach jest wykładu(?) co sprawia ze maja one duża energie kinetyczna, przebieg procesu mielenia może być znacznie szybszy w stosunku do innych młynków? Wada natomiast jest ograniczona efektywność produkcji nowych materiałów ze względu na maksymalnie dwa uchwyty umieszczone wewnątrz pojemnika.

Inny typ młynów stanowią tzn. attritory. Główna różnica pomiędzy attritorem na młynem wibracyjnym lub planetarnym polega na tym ze w tym pierwszym energia wyzwalająca ruch kul w pojemniku jest przekazywana do nich bezpośrednio, podczas gdy w płynach wibracyjnych i planetarnych, aby wywołać ruch trzeba wywołać ruch pojemnika.

Attritor skład się z pojemnika, w którym odbywa się mielenie wsadu oraz obrotowego trzonu, który na pewnej długości składa się z równo oddalonych i zorientowanych pod kontem prostym względem siebie prętów. Trzon wirnika wyposażony w poziome ramiona podczas obrotu oddziaływane na kule rozmieszczone wewnątrz pojemnika.

1.3 Czas mielenia.

Czas mielenia jest bardzo ważny i trzeba ustalić jak długo mielimy. Dobiera się go doświadczalnie i stosując zależność: stosunek masy kul do masy wsadu, składu chemicznego itp.

1.4 Atmosfery

Powietrza, wodoru, azotu + argon i hel

Atmosfera ma wpływ na strukturę i własności mielonego materiału

1.5 Stosunek masy kul do wsadu

Zmianę stosunku masy kul do wsadu można uzyskać na 3 sposoby: zmniejszając masę materiału wsadowego, zwiększając całkowitą masę kul (większa ilość lub taka sama ilość przy większej gęstości materiału kuli) oraz manipulując tymi parametrami jednocześnie

Wysoko energetyczne zderzenie kul powoduje ciepło podnosząc temperaturę w pojemniku przyspieszając proces dyfuzji. Zatem czas, w którym zostanie uzyskana pożądana struktura materiału wsadowego zależy w sposób pośredni również od stosunku masy kul do masy wsadu