一種用納米粉體制備Fe-Al合金的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用納米粉體制備Fe-Al合金的方法，屬于納米技術(shù)及粉末冶金【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明綜合了納米技術(shù)、等離子燒結(jié)技術(shù)及粉末冶金技術(shù)。本發(fā)明提出納米復(fù)合粉體在真空環(huán)境下等離子燒結(jié)所獲得的Fe-Al合金晶粒細(xì)小、結(jié)構(gòu)均勻且無大顆粒第二相。這有效解決了Fe-Al合金的傳統(tǒng)熔煉過程的氧化問題和Fe3Al化合物的長大問題。提高了Fe-Al合金的延伸率，降低了其制耳率，使板材具有優(yōu)良的深沖性能。
【專利說明】—種用納米粉體制備Fe-Al合金的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用納米粉體制備Fe-Al合金的方法，屬于納米技術(shù)及粉末冶金【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]1861年，隨著膠體化學(xué)的建立，科學(xué)家們就開始對直徑為I?100 nm(l nm = 10—9 m)的粒子系統(tǒng)進(jìn)行了研究。1963年Uyeda等人用氣體冷凝法制備金屬納米粒子，并用電鏡和衍射研究了它的形貌和晶體結(jié)構(gòu)。70年代末，德雷克斯勒成立了納米科學(xué)技術(shù)研究組。1986年Glecter等人首次對納米材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)做了綜合報(bào)導(dǎo)。1990年7月在美國巴爾的摩召開了第一屆納米科學(xué)技術(shù)會議，標(biāo)志著納米科學(xué)技術(shù)的正式誕生。
[0003]納米粒子由于具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等特殊效應(yīng)，可用于改善材料的光、磁、電、力學(xué)等性能得到提高或賦予其新的功能，可以大大提高其在應(yīng)用領(lǐng)域中的產(chǎn)品質(zhì)量，具有很好的理論研究價(jià)值和應(yīng)用前景。
[0004]自Benjamin將高能球磨用于制備彌散強(qiáng)化合金以來,機(jī)械合金化已發(fā)展成為一種合成材料的有效方法，成功地用于合成晶體材料、微晶材料、納米材料、金屬間化合物、準(zhǔn)晶材料以及非晶合金等多種類型的材料，機(jī)械合金化是一個(gè)非平衡的固態(tài)合金化過程，它的突出優(yōu)點(diǎn)在于能使一些合金系在快速固溶的過程中增加固溶度、細(xì)化晶粒尺寸，以及使合金系擴(kuò)散均勻，得到良好的力學(xué)性能。
[0005]鐵鋁合金具有硬度高、強(qiáng)重比高、耐熱、耐磨、抗腐蝕等優(yōu)良力學(xué)性能，這些特點(diǎn)使得Fe-Al合金能適應(yīng)航天器件和汽車工業(yè)對材料性能的要求。此外，Al和Fe是地殼中儲量最為豐富的兩種金屬元素，也是工業(yè)中最常用的原料，來源廣，價(jià)格便宜，所以發(fā)展Fe-Al合金有著誘人的前景，受到了國內(nèi)外的重視，具有廣闊的應(yīng)用前景。尤其是在汽車工業(yè)輕量化高強(qiáng)度板材制造方面，F(xiàn)e-Al合金具有無可替代的優(yōu)勢。所以研究具有優(yōu)良的深沖性能的Fe-Al合金具有現(xiàn)實(shí)的意義。
[0006]Fe-Al合金的制備主要是傳統(tǒng)的熔煉法。Fe-Al合金熔煉方法有很多，包括真空感應(yīng)熔煉、電渣重熔、真空電弧重熔等方法。這種平衡制備方法的優(yōu)點(diǎn)是成本低、效率高，但因?yàn)锳l和Fe固溶度很低，所以熔煉較困難。同時(shí)也存在鑄態(tài)組織晶粒粗大，成分偏析，室溫塑性低，脆性大，使鑄件性能降低等問題。
[0007]制備Fe-Al合金還有化學(xué)氣相共沉積的方法，其制備的材料其組織和成分間沒有明確的物理關(guān)系，所以可以在偏離平衡相圖的基礎(chǔ)之上來配比合金的成分，這樣可以獲得平衡狀態(tài)下所不能得到的其它組織和性能，拓寬了材料的應(yīng)用范圍。用化學(xué)氣相沉積法確實(shí)可制得顆粒很細(xì)，純度很高的粉體。但是，這些方法的粉體產(chǎn)量都很低，周期較長，工藝復(fù)雜，成本高。因此，并沒有被人們推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種用納米粉體制備Fe-Al合金的方法，用機(jī)械合金化法制備具有優(yōu)良深沖性能的納米Fe-Al合金。
[0009]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種用納米粉體制備Fe-Al合金的方法，具有以下的制備過程和步驟:
a.納米復(fù)合粉體的制備:采用機(jī)械球磨法，將市售化學(xué)純鐵粉與化學(xué)純鋁粉按一定質(zhì)量比均勻混合后放入不銹鋼球磨罐中，通Ar氣保護(hù)，加適量的酒精，用球磨機(jī)球磨數(shù)小時(shí)；具體工藝參數(shù)如下:
Al =Fe = 1:(5?10)，質(zhì)量比；
球:粉體=(6?10):1，質(zhì)量比；
球磨時(shí)間=10?40 h ;
球磨轉(zhuǎn)速=20(T400r/min ；
酒精含量:50-80ml ；
采用的不銹鋼球直徑為3?5mm，球磨制得納米級Fe-Al復(fù)合粉體；b.球磨后的粉末放入模具中在真空放電等離子燒結(jié)機(jī)上進(jìn)行燒結(jié)；燒結(jié)過程中以20?200°C /min的速度升溫至燒結(jié)溫度后保溫I?20min，軸向壓力為300?500MPa，真空度為3?5Pa，然后隨爐冷卻至室溫，最終得到Fe-Al合金，其工藝參數(shù)如下:
燒結(jié)溫度 900 V?1100 V ；
最大直流脈沖電流強(qiáng)度 300 A0
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明采用Ar氣保護(hù)球磨，真空燒結(jié)，防止了鐵鋁合金的氧化，防止了產(chǎn)品中雜質(zhì)的產(chǎn)生。機(jī)械球磨得到細(xì)小均勻的納米級的粉體，再進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，解決了 Fe3Al化合物的長大問題，提高了 Fe-Al合金的延伸率，降低了其制耳率，使板材具有優(yōu)良的深沖性能，所獲得的Fe-Al合金晶粒細(xì)小、結(jié)構(gòu)均勻且無大顆粒第二相。并且該生產(chǎn)過程綠色，無污染，能耗小，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述如下:
實(shí)施例1:
采用機(jī)械球磨法，將市售化學(xué)純鐵粉與化學(xué)純鋁粉按1:6質(zhì)量比均勻混合后放入不銹鋼球磨罐中，通Ar氣保護(hù)，采用直徑為3mm的不銹鋼球，球粉比為6:1，加少量的酒精，在高能球磨機(jī)采用轉(zhuǎn)速為200r/min,球磨10小時(shí)；
球磨后的粉末放入模具中在真空放電等離子燒結(jié)機(jī)上進(jìn)行燒結(jié)；燒結(jié)過程中以20°C /min的速度升溫至900°C后，保溫20min，真空度為3Pa，同時(shí)施加壓力300MPa，然后冷卻至室溫，直流脈沖電流強(qiáng)度為300 A0
[0012]將獲得的Fe-Al合金進(jìn)行性能測試及物相分析。
[0013]實(shí)施例2:
采用機(jī)械球磨法，將市售化學(xué)純鐵粉與化學(xué)純鋁粉按1:6質(zhì)量比均勻混合后放入不銹鋼球磨罐中，通Ar氣保護(hù)，采用直徑為3mm的不銹鋼球，球粉比為10:1，加少量的酒精，在高能球磨機(jī)采用轉(zhuǎn)速為400r/min,球磨40小時(shí)；
球磨后的粉末放入模具中在真空放電等離子燒結(jié)機(jī)上進(jìn)行燒結(jié)；燒結(jié)過程中以20°C /min的速度升溫至900°C后，保溫20min，真空度為5Pa，同時(shí)施加壓力300MPa，然后冷卻至室溫，直流脈沖電流強(qiáng)度為300 A0
[0014]將獲得的Fe-Al合金進(jìn)行性能測試及物相分析。
[0015]實(shí)施例3:
采用機(jī)械球磨法，將市售化學(xué)純鐵粉與化學(xué)純鋁粉按1:10質(zhì)量比均勻混合后放入不銹鋼球磨罐中，通Ar氣保護(hù)，采用直徑為3mm的不銹鋼球，球粉比為10:1，加少量的酒精，在高能球磨機(jī)采用轉(zhuǎn)速為400r/min,球磨30小時(shí)；
球磨后的粉末放入模具中在真空放電等離子燒結(jié)機(jī)上進(jìn)行燒結(jié)；燒結(jié)過程中以20°C /min的速度升溫至900°C后，保溫20min，真空度為3Pa，同時(shí)施加壓力500MPa，然后冷卻至室溫，直流脈沖電流強(qiáng)度為300 A0
[0016]將獲得的Fe-Al合金進(jìn)行性能測試及物相分析。
[0017]實(shí)施例4:
采用機(jī)械球磨法，將市售化學(xué)純鐵粉與化學(xué)純鋁粉按1:8質(zhì)量比均勻混合后放入不銹鋼球磨罐中，通Ar氣保護(hù)，采用直徑為3mm的不銹鋼球，球粉比為6:1，加少量的酒精，在高能球磨機(jī)采用轉(zhuǎn)速為400r/min,球磨20小時(shí)；
球磨后的粉末放入模具中在真空放電等離子燒結(jié)機(jī)上進(jìn)行燒結(jié)；燒結(jié)過程中以20°C /min的速度升溫至1100°C后 ，保溫20min，真空度為5Pa，同時(shí)施加壓力500MPa，然后冷卻至室溫，直流脈沖電流強(qiáng)度 為300 A0
[0018]將獲得的Fe-Al合金進(jìn)行性能測試及物相分析。
[0019]實(shí)施例5:
采用機(jī)械球磨法，將市售化學(xué)純鐵粉與化學(xué)純鋁粉按1:8質(zhì)量比均勻混合后放入不銹鋼球磨罐中，通Ar氣保護(hù)，采用直徑為3mm的不銹鋼球，球粉比為10:1，加少量的酒精，在高能球磨機(jī)采用轉(zhuǎn)速為300r/min,球磨40小時(shí)；
球磨后的粉末放入模具中在真空放電等離子燒結(jié)機(jī)上進(jìn)行燒結(jié)；燒結(jié)過程中以20°C /min的速度升溫至1100°C后，保溫20min，真空度為3Pa，同時(shí)施加壓力500MPa，然后冷卻至室溫，直流脈沖電流強(qiáng)度為300 A0
[0020]將獲得的Fe-Al合金進(jìn)行性能測試及物相分析。
[0021]實(shí)施例6:
采用機(jī)械球磨法，將市售化學(xué)純鐵粉與化學(xué)純鋁粉按1:10質(zhì)量比均勻混合后放入不銹鋼球磨罐中，通Ar氣保護(hù)，采用直徑為3mm的不銹鋼球，球粉比為6:1，加少量的酒精，在高能球磨機(jī)采用轉(zhuǎn)速為300r/min,球磨40小時(shí)；
球磨后的粉末放入模具中在真空放電等離子燒結(jié)機(jī)上進(jìn)行燒結(jié)；燒結(jié)過程中以20°C /min的速度升溫至1100°C后，保溫20min，真空度為5Pa，真空度為3~5Pa，同時(shí)施加壓力400MPa，然后冷卻至室溫，直流脈沖電流強(qiáng)度為300 A。
[0022]將獲得的Fe-Al合金進(jìn)行性能測試及物相分析。
[0023]表1本發(fā)明制備的Fe-Al合金的力學(xué)性能測試結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種用納米粉體制備Fe-Al合金的方法，其特征在于，具有以下的制備過程和步驟: a.納米復(fù)合粉體的制備:采用機(jī)械球磨法，將市售化學(xué)純鐵粉與化學(xué)純鋁粉按一定質(zhì)量比均勻混合后放入不銹鋼球磨罐中，通Ar氣保護(hù)，加適量的酒精，用球磨機(jī)球磨數(shù)小時(shí)；具體工藝參數(shù)如下: Al =Fe = 1:(5?10)，質(zhì)量比； 球:粉體=(6?10):1，質(zhì)量比； 球磨時(shí)間=10?40 h ; 球磨轉(zhuǎn)速=20(T400r/min ； 酒精含量:50-80ml ； 采用的不銹鋼球直徑為3?5mm，球磨制得納米級Fe-Al復(fù)合粉體； b.球磨后的粉末放入模具中在真空放電等離子燒結(jié)機(jī)上進(jìn)行燒結(jié)；燒結(jié)過程中以20?200°C /min的速度升溫至燒結(jié)溫度后保溫I?20min，軸向壓力為300?500MPa，真空度為3?5Pa，然后隨爐冷卻至室溫，最終得到Fe-Al合金，其工藝參數(shù)如下: 燒結(jié)溫度 900 V?1100 V ； 最大直流脈沖電流強(qiáng)度 300 A0
【文檔編號】B22F3/14GK103537688SQ201310480045
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】鐘慶東, 勒霞文, 紀(jì)丹, 顧帥帥, 牟童, 郁利彬 申請人:上海大學(xué)