機械合金化和低溫燒結制備Fe-,3-Al基合金的研究.pdf

1、Fe3Al合金因其高比強度,高比模量、中高溫環(huán)境中強抗腐蝕能力及熱強性等特點,而被公認為是航空和高溫結構材料領域內具有重要應用價值的新材料。但由于室溫脆性及其加工性能差,限制了其進一步的應用。已有研究表明,(微)合金化、晶粒細化是改善材料力學性能的有效途徑之一。為此本文采用機械合金化(MA)和常壓氬氣氣氛保護燒結相結合的方法來制備Fe3Al合金,以求達到改善的力學性能。 本文首先利用XRD、激光粒度分析測試儀,借助正交實驗手段,

2、優(yōu)化了在新型高能球磨機上制備Fe72-Al28合金粉末工藝。結果表明：采用球料比60:1、過程控制劑硬脂酸1wt.％,球磨機轉速為225rpm時,有利于減小Fe72-Al28合金粉末的晶粒尺寸和粒度。利用XRD、SEM等多種測試手段,研究了Fe72-Al28混合粉末不同球磨時間(5h、10h、15h)產(chǎn)物的物相、形貌的變化。研究表明:MA終產(chǎn)物為納米晶的過飽和固溶體Fe(Al),Fe72-Al28粉末在形貌上逐漸變成片狀,粒度逐漸變小。

3、在合金化過程中沒有非晶相及Fe-Al金屬間化合物的生成。利用Miedema半經(jīng)驗理論對上述合金成分進行了熱力學分析,結果表明：對于Fe72-Al28這一配比,熱力學上Fe3Al金屬間化合物最為穩(wěn)定。MA過程中產(chǎn)生的晶格畸變能、晶界能及無序能是使Fe72-Al28形成亞穩(wěn)態(tài)Fe(Al)固溶體的根本原因,同時MA過程形成的晶界、表面及缺陷大大降低了擴散活化能從而實現(xiàn)Al在Fe中的低溫擴散。 其次本文采用基于密度泛函理論的第一原理贗勢

4、平面波方法CASTEP程序,基于Rice-Wang熱力學模型,對Fe3Al金屬間化合物中有關微量元素的晶界摻雜效應進行理論計算,探究Ti、Nb、Cr、Mn和Mo原子的晶界偏聚對Fe3Al(B2)晶體沿晶斷裂功的影響規(guī)律,為進一步選擇出理想的合金元素提供理論參考。研究表明:Ti、Nb的晶界偏聚會顯著弱化晶界,促進Fe3Al的室溫沿晶脆性；而Cr、Mn、Mo等元素的晶界偏聚會顯著強化晶界,從而抑制室溫沿晶脆性的發(fā)生,其中Cr的韌化能力最強。

5、在選擇Cr作為合金元素之后,本文研究了Fe70-Al25-Cr5混合粉末的機械合金化過程,研究表明：合金元素的加入并沒有改變過飽和固溶體Fe(Al,Cr)的生成。粉末形貌基本與Fe72-Al28演化過程相同,但終產(chǎn)物的粒度與前者相比明顯增大,這與Cr的加入對粉末塑性的改善有關。 最后本文初步地研究了利用機械合金化和氬氣氣氛保護燒結制備的Fe3Al基合金的顯微組織及其力學性能。研究結果表明,燒結塊體物相上以部分有序的B2結構Fe3