CN1187463C - 含碳相增强的FeAl基金属间化合物复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种原位合成Fe3AlC0.5硬质相增强的FeAl基金属间化合物复合材料的制备方法。选用重量百分数分别为三氧化二铁56-68%，铝31-43%，碳0.2-1.5%的粉状混合反应物，采用燃烧合成熔化法在350-450℃下引发化学反应，制备Fe3AlC0.5增强的FeAl基金属间化合物复合材料的方法。该方法与熔炼或热压烧结方法相比工艺及所需设备简单，成本明显降低，制备的材料具有良好的微观组织结构及力学性能。

Description

含碳相增强的FeAl基金属间化合物复合材料的制备方法
背景技术
本发明叙述了原位合成含碳硬质相增强的FeAl基金属间化合物复合材料的制备方法，特别叙述了一种FeAl-Fe3AlC0.5复合材料的制备方法。
技术领域
FeAl金属间化合物在高温条件下具有优良的抗硫蚀、腐蚀和氧化性能，并且具有低密度和低成本(不含有战略性元素)，因而被认为是一种具有重要应用前景的结构材料。但是FeAl材料较差的强度、高温抗蠕变性和室温塑性限制了它的应用。这种合金对氢脆是敏感的，这是其室温塑性变形差的主要原因。硬质相Fe3AlC0.5添加可以显著提高FeAl材料的强度、抗蠕变性、可加工性和抗环境氢脆。在采用熔炼或粉末冶金的方法制备这种FeAl基金属间化合物时需要1000℃以上的高温，粉末冶金法还需要较高的压力。采用粉末冶金的方法制备的复合材料由于界面污染很难得到性能优良的材料，熔炼法制备的材料含碳相的含量范围较小。并且由于这些方法的设备复杂、能耗高、生产周期长，使得材料的制备成本较高。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足，采用燃烧合成熔化法制备原位生成Fe3AlC0.5硬质相增强的FeAl基金属间化合物复合材料。从而形成了一种工艺简单，所需设备简单，成本低廉，生产周期短的高性能铁铝基金属间化合物复合材料的制备方法。
本发明采用燃烧合成熔化法，通过材料合成路线的设计，利用高放热反应体系自身放出的热量使得产物熔化及产物间的密度差迅速完成了材料的合成及其与杂质的分离。Fe3AlC0.5增强相为原位合成，界面没有受到污染，与基体有良好的粘结性，可以一步合成产物并实现致密化。
本发明的Fe3AlC0.5相增强的FeAl基金属间化合物复合材料的制备方法包括：分别称取质量百分数为三氧化二铁56-68％，铝31-43％，碳0.2-1.5％的粉状反应物，用15-40MPa的压力将物料在模具中压为反应胚体。将装有反应胚体的模具置于反应容器中，用惰性气体吹扫反应容器以排除其中的空气，将物料胚体加热到250℃-300℃，并在此温度保温30分钟以上；从容器中排除从反应物料表面脱附的气体，再通入2-5MPa惰性气体，将物料胚体继续加热到350-450℃，在此温度范围通过引燃剂引发反应，反应将在数秒完成，引燃剂占总反应物料的重量百分含量的3-10％。材料随反应容器冷却至室温，至室温后从容器中取出材料，将材料表面杂质手工去除。经观察、分析、获得了纯度高，微观组织致密的FeAl-Fe3AlC0.5复合材料。
本发明的引燃剂是硫酸盐，镁粉，锰酸盐组成的混合物。
本发明的制备方法与传统的制备FeAl基复合材料的熔炼和热压烧结方法相比较制备工艺及所需设备简单，制备成本明显降低。该方法制备的材料具有纯度高、组织致密、粒度小的优点并且材料具有高的抗弯强度及硬度。
硬度测定条件为，载荷300g，加载持续时间5s。采用三点弯曲试验测定了材料的抗弯强度，试样尺寸为30×3×3mm，跨距为25mm，压头下移速度为0.5mm/min。
制备的材料硬度为3.9-5.2GPa，抗弯曲强度为800-1320MPa。本发明制备的材料性能的离散度不大于10％，材料性能重现性好。
具体实施方式
实施例1：
按配方称取质量百分含量为三氧化二铁：60.6，铝：39.1，碳：0.3的粉状反应物料球磨干混合8小时，物料堆放于石墨模具中应用30MPa压力压为反应胚体。将装有反应胚体的石墨模具置于反应容器中，用惰性气体吹洗反应容器，将反应物料胚体加热到300℃，并在此温度保温1小时。然后从容器中排出从反应物料表面脱附的气体，再通入3MPa惰性气体，将物料胚体继续加热到350℃，并在此温度下通过引燃剂引发反应，反应将在数秒完成。引燃剂占总反应物料的质量百分含量的5％，其中硫酸钾、镁粉、二氧化锰分别为2％、1％、2％。反应完成后所制备的材料随反应容器冷却至室温，取出产物将表面杂质手工去除，制得FeAl-Fe3AlC0.5复合材料。
实施例2：
按配方三氧化二铁：61.9％，铝：37.4％，碳：0.7％配制反应物料。材料其他制备过程及工艺同实施例1。引燃剂占总反应物料的8％，其中硫酸钾、镁粉、二氧化锰分别为3％、2％、3％。
实施例3：
按配方三氧化二铁：64.2％，铝：34.8％，碳：1.0％配制反应物料。材料其他制备过程及工艺同实施例1。引燃剂占总反应物料的10％，其中硫酸钾、镁粉、二氧化锰分别为4％、3％、3％。

Claims (1)

1、一种原位合成Fe3AlC0.5硬质相增强的FeAl基金属间化合物复合材料的制备方法，其特征在于包括分别称取质量百分数为三氧化二铁56-68％，铝31-43％，碳0.2-1.5％的粉状反应物，在15-40MPa的压力下将混合物料在模具中压为反应胚体；将装有反应胚体的模具置于反应容器中，用惰性气体吹扫反应容器以排除其中的空气，将反应胚体加热到250℃-300℃，并在此温度保温30分钟以上；从容器中排除从反应物料表面脱附的气体，再通入2-5MPa惰性气体，将反应胚体继续加热到350-450℃，在此温度范围内通过引燃剂引发反应；引燃剂占总反应物料的重量百分含量的3-10％，引燃剂是由硫酸盐，镁粉，锰酸盐组成的混合物。
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