硼酸铝晶须/FeAl金属间化合物基复合材料的制备研究

摘要

Fe3Al 金属间化合物具有超点阵晶体结构，原子间的结合既有金属键，又有共价键和离子键。独特的结构决定了其特殊性能，其高温强度、高温蠕变以及抗氧化耐腐蚀性能优于大部分金属材料，而导热性、塑性优于陶瓷材料，是介于合金与陶瓷之间的一种新型低密度的廉价材料，被称为半金属——半陶瓷材料。 Fe3Al 金属间化合物具有广泛的应用，而且成本相对较低，但存在室温脆性和高温强度偏低两个弱点问题。通过本课题的研究，初步了解到Fe3Al 块体的组成和性能受到原始粉料组成、球磨条件以及烧结温度、压力、保温时间等多种因素的影响。由此探讨了Fe3Al 及其晶须复合材料的制备工艺，优选了工艺参数。 本论文采用机械合金化与后续热处理工艺制备出Fe3Al 粉体，在铁铝粉中加入铬元素，改善Fe3Al 合金的性能。采用化学析出NiO 涂层法对硼酸铝晶须表面改性后，形成了NiO 涂覆层后，再利用热压烧结的方法制备了晶须体积分数为2％的硼酸铝晶须增强铁铝基复合材料。用X 射线衍射分析（XRD）、示差量热扫描仪（DSC）、金相显微镜(OM)、扫描电镜（SEM）等分析测试手段研究了Fe3Al粉体和硼酸铝晶须/Fe3Al 金属间化合物基复合材料的结构和形貌；并且利用维氏硬度计、电子万能实验机等仪器对制备的Fe3Al 金属间化合物和硼酸铝晶须/Fe3Al 金属间化合物基复合材料的力学性能进行了测试和分析。 实验结果表明：借助机械合金化原理，使用行星式高能球磨机在400r/min速率下球磨Fe、Al(粒度为200 目)混合粉体60 小时，制备了颗粒度达到1μm的Fe-Al固溶体粉体，并在随后进行750℃退火1 小时后转变为有序的DO3 型Fe3Al。 将硼酸铝晶须与Fe3Al 粉末混合均匀后，在真空条件下（3×10- 3Pa），以30℃/min的速度升温至1140℃并在25MPa 压力下保持30 分钟，制得了以Fe3Al 金属间化合物为基体的硼酸铝晶须增韧复合材料，其相对致密度达到96％，硬度达到450Hv，抗弯强度达到1422MPa，压缩强度达到2438MPa，具有较好的综合力学性能。