微波辅助燃烧合成铁铝金属间化合物的组织与性能研究

摘要

本论文以Al、Fe2O3粉末为原料，采用微波辅助燃烧合成技术制备铁铝金属间化合物，并调整反应原料之间的比例制备了一系列不同Al含量的铁铝金属间化合物(Al at.％分别为21％、25％、28％、32％、36％)，研究了Al含量的变化对产物组织与性能的影响。在Fe-28Al合金基础上添加3at.％的合金化元素Cr，研究了Cr对Fe-28Al组织和性能的影响。 通过热力学理论计算了反应体系的绝热温度Tad，从热力学角度分析了反应发生的原因，研究了绝热温度Tad随Al含量的变化规律，并讨论了Tad对组织形成的影响，探讨了组织的形成机制。 结果表明：采用微波辅助燃烧合成技术，成功制备了块体纳米晶Fe-Al系列金属间化合物，合成的产物组织形态为纳米尺度的Fe3Al基体上分布着微米尺度的针状与颗粒状Fe3Al相，基体晶粒尺寸为30～50nm，针状相尺寸为数百微米。在Fe3Al成分范围内，改变Al原子含量均能获得纳米晶组织。与化学计量成分Fe-25Al相比，非化学计量成分的组织中针状相更粗大，当Al含量达到36％时，凝固组织表现出枝晶特征；微量合金元素Cr的添加使组织中针状相消失，产生了大量的颗粒相。微波辅助燃烧合成制备的铁铝合金，其硬度大约在420HV～650HV之间，比传统铸态的硬度(250HV)明显提高；其磨损率比铸态Fe3Al要低一个数量级；随着Al含量的增加，Fe3Al的耐磨性提高。添加Cr，降低了Fe-28Al的磨损率。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1前言

1.2 Fe3Al金属间化合物

1.2.1 Fe-Al金属间化合物的结构

1.2.2 Fe3Al金属间化合物的性能

1.2.3 Fe3Al金属间化合物的制备及研究现状

1.2.4 Fe3Al金属间化合物的应用

1.2.5 Fe3Al金属间化合物的研究方向

1.3燃烧合成

1.3.1燃烧合成的原理及特点

1.3.2燃烧合成工艺

1.3.3燃烧合成的研究现状及发展趋势

1.4微波加热

1.4.1微波加热的原理及特点

1.4.2微波加热的应用

1.5本研究的内容和目的

1.5.1研究课题的提出

1.5.2本研究课题的主要内容

1.5.3本研究的路线

1.6本章小结

2实验过程

2.1实验思路

2.2实验原料

2.3实验方案

2.4.制备工艺

2.5实验内容

2.5.1 XRD分析

2.5.2光学显微组织观察

2.5.3扫描电子显微镜(SEM)

2.5.4 EDX

2.5.5显微硬度测试

2.5.6透射电子显微镜(TEM)

2.5.7摩擦磨损性能测试

2.6实验设备

2.7本章小结

3微波辅助燃烧合成铁铝金属间化合物的热力学分析

3.1燃烧合成的反应机理

3.2燃烧合成的绝热温度

3.2.1绝热系统的假定

3.2.2绝热温度的意义

3.2.3绝热温度计算的理论基础

3.3 Fe-Al合金体系的绝热温度计算

3.3.1物质的热力学性质

3.3.2绝热温度计算

3.3.3 Al含量对绝热温度的影响

3.4结果分析

3.5本章小结

4微波辅助燃烧合成铁铝金属间化合物的组织

4.1纳米晶Fe3Al金属间化合物的组织

4.2纳米晶Fe3Al金属间化合物的组织形成过程

4.3 Al含量对组织的影响

4.3.1 Al含量对相结构的影响

4.3.2 Al含量对晶粒尺寸与晶格常数的影响

4.3.3 Al含量对组织形态的影响

4.3.4 Cr对Fe-28Al组织的影响

4.4纳米结构Fe3Al金属间化合物的形成机制探讨

4.5本章小结

5铁铝金属间化合物的硬度与摩擦磨损性能

5.1硬度

5.2摩擦磨损性能

5.2.1 Al含量对摩擦磨损的影响

5.2.2 Cr对Fe-28Al的摩擦磨损的影响

5.2.3制备工艺对摩擦磨损的影响

5.2.4磨损形貌分析

5.3本章小结

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献