Structural evolution of Ni–20Cr alloy during ball milling of elemental powders
I. López–Báezª, E. Martinez–Francob, H. Zozc, and L.G. Trápaga–Martínezª
ª Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, Libramiento Norponiente No. 2000, Fracc. Real de Juriquilla, 76230, Santiago de Querétaro, Qro., México, e–mails: israelbaez@gmail.com; trapaga@qro.cinvestav.mx
bCentro de Investigación e Innovación Tecnológica, Cerrada de Cecati S/N, Col. Santa Catarina Azcapotzalco, 02250, D.F., México, e–mail:enmartinezf@ipn.mx
cZoz GmbH, D–57482 Wenden, Germany e–mail:info@zoz.de
]]> Recibido el 6 de diciembre de 2010
Abstract
The ball milling (BM) of blended Ni and Cr elemental powders was carried out in a Simoloyer performing on high–energy scale mode at maximum production to obtain a nanostructured Ni–20Cr alloy. The phase transformations and structural changes occurring during mechanical alloying were investigated by X–ray diffraction (XRD) and optical microscopy (OM). A gradual solid solubility of Cr and the subsequent formation of crystalline metastable solid solutions described in terms of the Avrami–Erofe'ev kinetics model were calculated. The XRD analysis of the structure indicates that cumulative lattice strain contributes to the driving force for solid solution between Ni and Cr during BM. Microstructure evolution has shown, additionally to the lamellar length refinement commonly observed, the folding of lamellae in the final processing stage. OM observations revealed that the lamellar spacing of Ni rich zones reaches a steady value near 500 nm and almost disappears after 30 h of milling.
Keywords: Mechanical alloying; solid solubility; X–ray diffraction; metastability; lamellar refinement.
Resumen
La molienda por bolas (MB) de la mezcla de polvos elementales Ni y Cr se realizó en un Simoloyer con una configuración de alta energía cinetica y máxima capacidad de producción, el propósito fue obtener una aleación nanoestructurada Ni–20Cr. Las transformaciónes de fase y los cambios estructurales llevados a cabo durante el aleado mecánico se investigaron utilizando las técnicas de difracción de rayos–X (DRX) y microscopía óptica (MO). Para el comportamiento cinético de la mezcla NiCr, pudo utilizarse el modelo cinético de Avrami–Erofe'ev para ajustar los datos experimentales de la solubilidad sólida del Cr y determinarse de esta manera un estado metaestable al aproximarse a la aleación Ni–20Cr. Los análisis de DRX indican que el almacenamiento de energía mecánica como deformación plástica contribuye con las fuerzas impulsoras para llevarse a cabo la solución sólida Ni(Cr) durante la MB. La evolución microestructural presentó un refinamiento adicional en la longitud de las laminillas concerniente a un doblamiento de las mismas en la etapa final del procesamiento. Las observaciones por MO revelaron que el espaciamiento laminar correspondiente a las zonas ricas en Ni alcanza un valor estable cercano a los 500 nm, y es casi despreciable después de 30 h de molienda.
Descriptores: Aleado mecánico; solubilidad sólida; difracción de rayos–X; metaestabilidad; refinamiento laminar.
]]>PACS: 81.20.Ev; 64.70.K–; 81.30.–t
DESCARGAR ARTÍCULO EN FORMATO PDF
Acknowledgments
The authors acknowledge the technical assistance of A. Galindo–Sifuentes, A. Munoz–Salas, and Cotroma S.A. de C.V. This work has been supported by Conacyt–México (Projects No. 45246 and 182738).
References
1. L. Liu, Y. Li, and F. Wang, Elect. Acta 52 (2007) 2392. [ Links ]
2. H. Li and F. Ebrahimi, Acta Mater. 54 (2006) 2877. [ Links ]
3. G. Fu, Q. Liu, Y. Su, and L. Cai, Rare Met. Mater. Eng. 38 (2009) 1150. [ Links ]
4. G.Y Fu, Q. Liu, B.J. Men, and L. Cai, Corros. Sci. Prot. Tech. 18 (2006) 396. [ Links ]
5. C. Suryanarayana, Mechanical alloying and milling (Marcel Dekker, New York, United States of America, 2004). [ Links ]
6. M.F. Horstemeyer, M.I. Baskes, and S.J. Plimpton, Acta Mater. 49 (2001) 4363. [ Links ]
7. S. Odunuga, Y. Li, P. Krasnochtchekov, P. Bellon, and R.S. Averback. Phys. Rev. Lett. 95 (2005) 045901. [ Links ]
8. F. Delogu, Acta Mater. 56 (2008) 905. [ Links ]
9. A.Y Badmos and H.K.D.H. Bhadeshia, Metall. Mater. Trans. A 28(1997) 2189. [ Links ]
10. R.B. Schwarz, Mater. Sci. Forum 269–272 (1998) 665. [ Links ]
11. I.F. Vasconcelos and R.S. de Figueiredo, J. Phys. Chem. B 107 (2003) 3761. [ Links ]
12. F. Delogu, Acta Mater 56 (2008) 2344. [ Links ]
13. H. Moumeni, S. Alleg, and J.M. Greneche, J. Alloys Comp. 419 (2006) 140. [ Links ]
14. K. Maweja, M. Phasha, and N. van der Berg, Powder Tech. 199 (2010) 256. [ Links ]
15. S. Hung–Hua, H. Le–Chun, and S. Jiun–Rung, J. Alloys Comp. 469 (2009) 483. [ Links ]
16. M. Krasnowski, A. Grabias, and T. Kulik, J. Alloys Comp. 424 (2006) 119. [ Links ]
17. C.C. Koch, Nano structured materials processing, properties, and applications (William Andrew Publishing, Nueva York, United Stated of America, 2007). [ Links ]
18. TH.H. de Keijser, E.J. Mittemeijer, and H.C.F. Rozendaal, J. Appl. Cryst. 16 (1983) 309. [ Links ]
19. S.F. Hulbert, J. Brit. Ceram. Soc. 6 (1969) 11. [ Links ]
20. E. Lang, V. Lupinc, and A. Marucco, Mater. Sci. Eng. A 114 (1989) 147. [ Links ]
21. U. Klement, U. Erb, A.M. El–Sherik, and K.T. Aust, Mater. Sci. Eng. Aim (1995) 177. [ Links ]
22. G. Calvarin, R. Molins, and A.M. Huntz, Oxid. Metals 53 (2000) 25. [ Links ]
23. M.A. Rao, S. Bhargava and D. Deva, Metall. Mater. Trans. A 36 (2005) 3195. [ Links ]
]]>