Fe-Al-Cr塊體納米晶材料及其製備方法
2023-10-11 08:12:14
專利名稱：Fe-Al-Cr塊體納米晶材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及塊體納米晶材料的製備技術。
背景技術：
室溫脆性是影響金屬間化合物材料廣泛使用的主要障礙。晶粒尺寸的納米化有望解決其普遍存在的室溫脆性問題。隨著近幾十年納米材料技術的不斷發展成熟，各國研究 者都在考慮利用納米材料技術進一步解決金屬間化合物的室溫脆性等問題。但是，傳統的 從納米顆粒出發的熱壓工藝存在製備技術複雜、成本高、材料質量不高(例如材料中存在 大量空洞)、顆粒納米尺寸難以保持等缺點。而最近幾年發展起來的大變形法很難得到晶粒 尺寸小於IOOnm的材料，並且基本局限於金屬材料。因此，至今還沒有一種獲得塊體納米結 構材料的簡便、成本低且可放大工業化生產的工藝，這一問題嚴重地阻礙著納米晶材料的 研究與工程應用。
發明內容
本發明的目的是提供一種Fe-Al-Cr塊體納米晶材料及其製備方法。本發明是一種Fe-Al-Cr塊體納米晶材料及其製備方法，按質量百分數計，其組分 為A1 11 14%，Fe 73 82%，Cr 5 15%。Fe-Al-Cr塊體納米晶材料的製備方法，按Al 26 31% ,Fe2O3 57 65%，Cr3 8%的比例稱取相應的組分，將稱好的粉末混合16小時，然後將混合好的反應物料置於銅 模具中，在60MPa的壓力下壓實，在其表面放上引燃劑，然後在反應容器中進行反應，在室 溫下充入氬氣，等溫度升至180°C時再次排氣，然後通入SMPa的氬氣繼續升高容器溫度；當 容器內溫度達到260°C左右時引燃劑開始反應並釋放出大量的熱，從而引發反應物料間的 反應，生成的產物在氬氣保護下隨爐冷卻至室溫製得合金。本發明在較低外界溫度下通過鋁粉體與鐵、鎳等氧化物之間的鋁熱化學反應合成 所需的金屬間化合物，同時金屬間化合物在反應自身釋放的瞬時高熱量作用下被熔化，具 有通常熔煉工藝無法達到的過熱度(約1000°c )，使熔體首先被過熱淨化。通過控制原料 純度，在保護氣氛下反應，將熔體原位沉積於冷卻底材，保持熔體純淨度。從而熔體在凝固 過程中具有較大的過冷度，保證結晶開始時具有小的臨界晶核、高形核率和低的原子擴散 速度。同時將熔體在處於較低環境溫度的高導熱底片的較高冷卻速度作用下凝固，使熔體 結晶過程中晶核生長時間受到限制，從而凝固結束時材料中晶核尺寸最終被阻礙在納米尺 寸，得到金屬間化合物塊體納米晶材料。本發明在降低材料生產成本的同時，獲得納米晶粒 尺寸的塊體納米晶Fe3Al材料。本發明製備的塊體納米晶材料的一些性能如下表所示壓縮實驗在濟南試金集團有限公司行產的微機控制電子式萬能試驗機上進行，最 大載荷10t，壓頭速度0. 5mm/min ；硬度在HBRVU-187. 5型布洛維氏光學硬度計上測定，其 測試條件為，載荷298N，加載持續時間15秒；晶粒尺寸通過X衍射實驗，衍射角是0 100度，以及JE0L-2010透射電鏡觀察，最高加速電壓200kv，放大倍數IOOk倍，晶格解析度 0.194nm。
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上述的這些性能指數都是嚴格按照國家標準來執行的。
具體實施例方式實施例1:按Al 31%, Fe2O3 65%, Cr 3%的比例準備原料，原料為粉末狀。其製備方法為 將稱好的粉末在行星式球磨機中混合16小時，然後將混合好的反應物料置於配有銅底材 的銅模具中並用壓力機在60MPa的壓力下壓實，在其表面放上引燃劑，然後在鋁熱反應容 器中進行反應，室溫下用氬氣吹掃反應容器排除其中的空氣，等到容器溫度升至180°C時再 次排氣，然後通入SMPa的氬氣繼續升高容器溫度。當容器內溫度達到260°C左右時引燃 劑開始反應並釋放出大量的熱，從而引發反應物料間的反應。反應在幾秒鐘時間內完成， 生成的產物在氬氣保護下隨爐冷卻至室溫製得合金。得到的合金成份為(質量百分數)， A114%,Fe 82%,Cr 5%.性能數據硬度(HV) :252，屈服強度ο Q 2 = 806Mpa，晶粒尺寸 35. lnm。實施例2:按Al 28%,Fe2O3 61%,Cr 6%的比例準備原料，原料為粉末狀。稱取相應的質量， 將稱好的粉末在行星式球磨機中混合16小時，在其表面放上引燃劑，然後將混合好的反應 物料置於配有銅底材的銅模具中並用壓力機在60MPa的壓力下壓實，在鋁熱反應容器中進 行反應，室溫下用氬氣吹掃反應容器排除其中的空氣，等到容器溫度升至180°C時再次排 氣，然後通入SMPa的氬氣繼續升高容器溫度。當容器內溫度達到260°C左右時引燃劑開始 反應並釋放出大量的熱，從而引發反應物料間的反應。反應在幾秒鐘時間內完成，生成的產 物在氬氣保護下隨爐冷卻至室溫製得合金。得到的合金成份為(質量百分數)，A112%，Fe 78%, Cr 10%。性能數據硬度(HV) :205，屈服強度σ Q 2 = 790Mpa,晶粒尺寸22. 8nm。實施例3:按Al 26%,Fe2O3 57%,Cr 8%的比例準備原料，原料為粉末狀。稱取相應的質量， 將稱好的粉末在行星式球磨機中混合16小時，在其表面放上引燃劑，然後將混合好的反應 物料置於配有銅底材的銅模具中並用壓力機在60MPa的壓力下壓實，在鋁熱反應容器中進 行反應，室溫下用氬氣吹掃反應容器排除其中的空氣，等到容器溫度升至180°C時再次排 氣，然後通入SMPa的氬氣繼續升高容器溫度。當容器內溫度達到260°C左右時引燃劑開始 反應並釋放出大量的熱，從而引發反應物料間的反應。反應在幾秒鐘時間內完成，生成的產 物在氬氣保護下隨爐冷卻至室溫製得合金。得到的合金成份為(質量百分數)，Alll%，Fe73%, Cr 15%。性能數據硬度(HV) :269，屈服強度σ 0 2 = 820Mpa,晶粒尺寸62. 7nm.
權利要求
Fe-Al-Cr塊體納米晶材料，按質量百分數計，其組分為Al 11～14％，Fe73～82％，Cr 5～15％。
2.Fe-Al-Cr塊體納米晶材料的製備方法，按按Al 26 31%，Fe20357 65%，Cr 3 8%的比例稱取相應的組分，將稱好的粉末混合16小時，然後將混合好的反應物料置於銅 模具中，在60MPa的壓力下壓實，在其表面放上引燃劑，然後在反應容器中進行反應，在室 溫下充入氬氣，等溫度升至180°C時再次排氣，然後通入SMPa的氬氣繼續升高容器溫度；當 容器內溫度達到260°C左右時引燃劑開始反應並釋放出大量的熱，從而引發反應物料間的 反應，生成的產物在氬氣保護下隨爐冷卻至室溫製得合金。
全文摘要
Fe-Al-Cr塊體納米晶材料及其製備方法，按質量百分數計，其組分為Al9.8～14％，Fe 60～85％，Cr 0～30％，其製備方法為，按以上所述稱取相應的組分，將稱好的粉末混合16小時，然後將混合好的反應物料置於銅模具中，在60MPa的壓力下壓實，在其表面放上引燃劑，然後在反應容器中進行反應，在室溫下充入氬氣，等溫度升至180℃時再次排氣，然後通入8MPa的氬氣繼續升高容器溫度；當容器內溫度達到260℃左右時引燃劑開始反應並釋放出大量的熱，從而引發反應物料間的反應，生成的產物在氬氣保護下隨爐冷卻至室溫製得合金。
文檔編號C22C1/05GK101818307SQ200910022138
公開日2010年9月1日 申請日期2009年4月3日 優先權日2009年4月3日
發明者喇培清, 程春傑, 趙陽 申請人:蘭州理工大學