機(jī)械合金化和低溫?zé)Y(jié)制備Fe-,3-Al基合金的研究.pdf

1、Fe3Al合金因其高比強(qiáng)度,高比模量、中高溫環(huán)境中強(qiáng)抗腐蝕能力及熱強(qiáng)性等特點,而被公認(rèn)為是航空和高溫結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域內(nèi)具有重要應(yīng)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(jìn)一步的應(yīng)用。已有研究表明,(微)合金化、晶粒細(xì)化是改善材料力學(xué)性能的有效途徑之一。為此本文采用機(jī)械合金化(MA)和常壓氬氣氣氛保護(hù)燒結(jié)相結(jié)合的方法來制備Fe3Al合金,以求達(dá)到改善的力學(xué)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(jī)上制備Fe72-Al28合金粉末工藝。結(jié)果表明：采用球料比60:1、過程控制劑硬脂酸1wt.％,球磨機(jī)轉(zhuǎn)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(jìn)行了熱力學(xué)分析,結(jié)果表明：對于Fe72-Al28這一配比,熱力學(xué)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(kuò)散活化能從而實現(xiàn)Al在Fe中的低溫擴(kuò)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(xué)模型,對Fe3Al金屬間化合物中有關(guān)微量元素的晶界摻雜效應(yīng)進(jìn)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(jìn)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(jìn)Fe3Al的室溫沿晶脆性；而Cr、Mn、Mo等元素的晶界偏聚會顯著強(qiáng)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(qiáng)。

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(jī)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(guān)。 最后本文初步地研究了利用機(jī)械合金化和氬氣氣氛保護(hù)燒結(jié)制備的Fe3Al基合金的顯微組織及其力學(xué)性能。研究結(jié)果表明,燒結(jié)塊體物相上以部分有序的B2結(jié)構(gòu)Fe3