FeAl基復(fù)合材料的原位反應(yīng)合成及其性能研究.pdf

1、FeAl金屬間化合物因其擁有較高的比強度和比模量、原料成本低廉、密度低以及高溫下抗氧化和抗硫化性能好等優(yōu)點，是一種非常有潛力的高溫輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，從而在航空航天、汽車制造業(yè)、石油化工等領(lǐng)域應(yīng)用前景非常廣闊。然而FeAl金屬間化合物材料還存在多方面的不足，如室溫脆性較大，高溫環(huán)境中強度較低，這嚴(yán)重限制其在其他頂尖行業(yè)的應(yīng)用，解決這一問題的一種可能方法是研究開發(fā)FeAl基陶瓷增強復(fù)合材料。
　　本文利用Fe和Al粉通過真空熱壓燒結(jié)制備了

2、FeAl金屬間化合物;利用Fe-Al-Fe2O3體系的放熱反應(yīng)，原位熱壓合成了Al2O3/FeAl復(fù)合材料;利用Fe-Al-Al2O3體系真空熱壓燒結(jié)制備了Al2O3/FeAl復(fù)合材料。在對產(chǎn)物性能研究過程中利用X-射線衍射分析(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)結(jié)合能譜色譜儀(EDS)等方法詳細地研究不同體系的物相組成及反應(yīng)過程，并研究了Al2O3不同添加方式及含量對復(fù)合材料的微觀組織結(jié)構(gòu)變化、晶粒大小和力學(xué)性能的影響，同時對材料的密

3、度、維氏硬度、斷裂韌性和抗彎強度等物理力學(xué)性能進行了測試，同時討論了復(fù)合材料的斷裂機制及強韌化機理。
　　各體系均經(jīng)1250℃燒結(jié)并保溫1.5h，所合成產(chǎn)物的XRD結(jié)果表明:Fe-Al體系通過熱壓燒結(jié)所得產(chǎn)物主要物相為FeAl相。Fe-Al-Fe2O3體系通過反應(yīng)合成和Fe-Al-Al2O3體系經(jīng)熱壓燒結(jié)所得產(chǎn)物均主要由FeAl基體相和Al2O3增強相構(gòu)成。
　　微觀結(jié)構(gòu)分析表明:利用Fe和Al粉通過真空熱壓燒結(jié)制備的FeA

4、l金屬間化合物基體為片層結(jié)構(gòu)，含有少量Al2O3相。Fe-Al-Fe2O3體系通過反應(yīng)合成的材料基體也為片層狀，增強相Al2O3分散在基體和晶界處，隨著增強相Al2O3生成量的增加，顆粒逐漸增多，阻止基體顆粒的長大，基體晶粒得到細化。當(dāng)生成量超過一定比例時，則會導(dǎo)致第二相粒子陶瓷顆粒出現(xiàn)一定的團聚現(xiàn)象。材料的斷裂方式為解理斷裂和沿晶斷裂。材料重要的增強增韌機制為第二相強化、細晶韌化、裂紋的偏轉(zhuǎn)與橋聯(lián)和殘余應(yīng)力場增韌等。
　　物理及

5、機械力學(xué)性能測試結(jié)果表明:體系中隨著增強相生成量的增多，試樣的密度值的變化趨勢逐漸變小，硬度的變化趨勢逐漸增大;而抗彎強度和斷裂韌性呈峰值變化，在Al2O3含量為1.2wt％時，試樣的抗彎強度達到最大值1329.22MPa，在Al2O3含量為0.8wt％時，試樣的斷裂韌性達到最大值29.95MPa·m1/2。相對于不含增強相的FeAl金屬間化合物的抗彎強度(1279.96MPa)和斷裂韌性(24.80MPa·m1/2)，其力學(xué)性能得到了