Development of Fe-based nanocrystalline materials by mechanical alloying

Abstract

Nanocrystalline materials, which are defined as materials with grain sizes less than 100 nm have received much attention as advanced materials with improved physical and mechanical properties [1] . Mechanical alloying (MA) is one of the solid state reaction techniques by which novel materials may be synthesized from elemental or prealloyed powders. Mechanical alloying involves the synthesis of materials by high-energy ball milling. It was first developed by John Benjamin to produce oxide dispersion strengthened materials [2] . Furthermore, mechanical alloying has been reported to be capable of producing non-equilibrium structures including amorphous alloys, nanocrystalline materials and extended solid solutions [3][4][5] . It is also used to obtain alloys subjected to ulterior annealing and consolidation [6 and 7] . Over the past several decades, amorphous and more recently nanocrystalline Fe-based materials have been investigated for applications such as telecommunications, power electronics, micro devices, and so on [8 and 9] .Although it is known that Fe-based alloys prepared by rapid solidification techniques, in ribbon form, can exhibit superior soft magnetic properties [10] , they do not attain a more significant level of applicability because its shape limits their technological use. Mechanical alloying of ribbons is recently applied as an alternative route to obtain powdered materials [11 and 12] . If the original material is amorphous, controlled annealing D De ev ve el lo op pm me en nt t o of f F Fe e--b ba as se ed d n na an no oc cr ry ys st ta al ll li in ne e m ma at te er ri ia al ls s b by y m me ec ch ha an ni ic ca al l a al ll lo oy yi in ng g ( (· ·) ) J.J. Suñol*, A. González*, L. Escoda* and M.T. Mora** A Ab bs st tr ra ac ct t Two alloys, Fe 80 Nb 10 B 10 and Fe 70 Ni 14 Zr 6 B 10 , were produced by mechanical alloying. The formation of the nanocrystallites (about 7-8 nm at 80h MA) was detected by X-ray diffraction. After milling for 80 h, differential scanning calorimetry scans show low-temperature recovery processes and several crystallization processes related with crystal growth and reordering of crystalline phases. The apparent activation energy values are 315 ± 40 kJ mol -1 for alloy A, and 295 ± 20 kJ mol -1 and 320 ± 25 kJ mol -1 for alloy B. Furthermore, a melt-spun Fe-based ribbon was mechanically alloyed to obtain a powdered-like alloy. The increase of the rotation speed and the ball-to-powder weight ratio reduces the necessary time to obtain the powdered form. , han sido producidas por aleado mecánico. Mediante difracción de rayos X se ha detectado la formación de nanocristales (7-8 nm a las 80 h de aleado). Tras molturar 80 h, las curvas calorimétricas muestran procesos exotérmicos asociados a la relajación estructural y al crecimiento cristalino y reordenación de la fase cristalina. Los valores de la energía aparente de activación de las cristalizaciones son 315 ± 40 kJ mol -1 para la aleación A, y 295 ± 20 kJ mol -1 y 320 ± 25 kJ mol -1 para la aleación B. Por otra parte...

Proceso de molturación mecánica en medio seco, húmedo y criogénico de polvo de hierro dúctil nanoestructurado

“…En la tabla V se muestra, entre otros valores estadísticos, el d 90 y el d 10 muestras a distintos tiempos, se observó una primera fase de soldadura fría provocada por la elevada ductilidad del material, en la que va aumentando el tamaño de partícula conforme va avanzando el tiempo de molturación. Al alcanzar 6 h de molturación y por la acción del ácido esteárico como agente de control, empieza a estar presente la fractura, produciendo una fuerte disminución del tamaño de partícula, hasta llegar a conseguir tras 12 h, un tamaño final inferior al inicial.…”

“…No obstante, no se consiguió una efectiva reducción del tamaño de partícula. Sin embargo, las distribuciones de tamaños de partícula han sido Tabla V. datos estadísticos del tamaño de partícula del polvo molturado en seco, tras las condiciones establecidas por el experimento 6 (comparación con el inicial) 10 02,444 0,680 d 90 11,580 6,579…”

“…Tamaños de partícula y de grano de los experimentos de molienda húmeda Tabla VII. datos estadísticos del tamaño de partícula del polvo molturado en húmedo, tras las condiciones establecidas por el experimento 4 (comparación con el inicial) 10 2,444 12,77 d 90 11,58 69,91…”

“…[6 y 7] , así como por la mejora de sus propiedades mecánicas [8 y 9] . En general, cuando éstos se sintetizan mediante procesos de molienda mecá-nica, la gran limitación es evitar que el tamaño de grano aumente durante su posterior consolidación, en cuyo caso se perderían las propiedades que le confiere el reducido tamaño de grano [10] .…”