納米純鐵的熱穩(wěn)定性及其氧化動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、納米材料具有一系列優(yōu)異的理化性能和力學(xué)性能，在電子、能源、生物、工程等領(lǐng)域有著廣泛的潛在應(yīng)用價(jià)值。本文以純鐵為研究對(duì)象，采用機(jī)械球磨法制備出納米鐵粉及實(shí)現(xiàn)純鐵的表面納米化，借助X射線衍射、掃描電鏡，熱重等分析方法，研究了納米鐵粉的熱穩(wěn)定性，及納米鐵粉和表面納米化純鐵的氧化動(dòng)力學(xué)。主要的研究結(jié)果包括：
　　 1.納米鐵粉的熱穩(wěn)定性和氧化行為
　　 (1)球磨24h得到的納米鐵粉晶粒尺寸約為16nm，在200℃、250℃、3

2、00℃、400℃、500℃分別退火60min后，晶粒尺寸分別為21nm、22nm、23nm、24nm、30nm。晶粒長(zhǎng)大的起始溫度很低，200℃時(shí)晶粒已經(jīng)長(zhǎng)大。550℃以下，納米鐵粉具有較好的熱穩(wěn)定性。
　　 (2)對(duì)鐵粉等溫氧化行為的研究顯示：450℃時(shí)，納米鐵粉的氧化速率大于粗晶鐵粉；500℃時(shí)，氧化初期4700s以內(nèi)，納米鐵粉氧化速率大，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，氧化速率減小，逐漸小于粗晶鐵粉；550℃時(shí)，納米鐵粉的氧化速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于

3、粗晶鐵粉。
　　 (3)納米鐵粉和粗晶鐵粉單位質(zhì)量的氧化增重與等溫氧化時(shí)間符合 Arrhenius關(guān)系：(△W)n=Kt。在450-550℃，等溫氧化500-10470s，納米鐵粉和粗晶鐵粉的反應(yīng)級(jí)數(shù)n分別為3.24和2.92，激活能Q分別為94kJ/mol和124kJ/mol。
　　 2.表面納米化純鐵的氧化行為
　　 (1)純鐵等溫氧化的TG曲線上，都有一個(gè)質(zhì)量增加的突變，并在DSC曲線的相應(yīng)位置上出現(xiàn)一個(gè)放

4、熱峰，溫度越高，突變和放熱出現(xiàn)的越早，且表面納米化純鐵突變和放熱出現(xiàn)的時(shí)間早于粗晶純鐵。
　　 (2)TG曲線突變前后，表面納米化純鐵和粗晶純鐵單位面積上的氧化增重與加熱時(shí)間符合Arrhenius關(guān)系：(△W)n=Kt。在800-1000℃，等溫氧化500-10470s，突變前，表面納米化純鐵和粗晶純鐵的反應(yīng)級(jí)數(shù)n分別為2.17和2.13，激活能Q分別為270kJ/mol和306kJ/mol；突變后，表面納米化純鐵和粗晶純鐵的反