FeAl金属间化合物研究现状

FeAl金属间化合物是一种新型的高温材料,在最近的研究中受到极大的重视,由于其具有长程有序的特殊结构,从而带来一系列优异的特性,如优异的高温抗氧化和抗硫化性、相对较低的密度和低廉的价格等。但室温脆性是FeAl金属间化合物的一个显著弱点。对FeAl金属间化合物近年来的研究现状包括FeAl金属间化合物的抗氧化、抗硫化性和室温脆性等进行了较为详尽的综述。

激光合成FeAl金属间化合物涂层

用优化的工艺参数,在45钢基体上用激光合成了表面质量好的FeA l金属间化合物涂层。结果表明,多道搭接处理对涂层相组成无影响。涂层外层(约1/3涂层)组织为灰白相间的FeA l及基体上分布少量黑色针状FeA l3,里层只有FeA l。FeA l的组织生长形态为树枝晶,白色枝晶富Fe,灰色枝间富A l。涂层/基体界面清晰,呈凹凸状。能量分散谱仪(EDS)成分线扫描分析结果表明,从1/3涂层处A l、Fe开始缓慢过渡,结合区比合成区成分过渡明显,但梯度不大,涂层/基体间有明显互扩散,为冶金结合。激光合成FeA l涂层的最高硬度为565HV0.025,比基体高1.7倍。

FeAl金属间化合物多孔材料高温硫化性能及应用

以Fe/Al元素混合粉末为原料,通过反应合成制备Fe-40%Al(原子分数)金属间化合物多孔材料。于600℃在S2(1×104Pa)+N2的混合气氛中进行高温循环硫化实验,研究FeAl金属间化合物多孔材料的硫化性能以及材料孔结构的稳定性,并与预氧化多孔FeAl、多孔316L不锈钢和多孔Ni进行对比。结果表明,经过152h的循环硫化后,多孔FeAl质量增加1.1%,预氧化多孔FeAl质量增加0.003%,而多孔316L不锈钢和多孔Ni质量分别增加10.24%和52.2%。多孔FeAl材料的最大孔径则从开始的13.9μm缓慢减小至22h的12.9μm,随后保持长时间的稳定状态,而多孔Ni和多孔316L不锈钢的最大孔径分别经历22h和52h硫化腐蚀后降为0。由此说明Fe-40%Al多孔材料的高温抗硫化性能及孔径的稳定性远优于多孔Ni和多孔316L不锈钢。经过预氧化处理的FeAl多孔材料的高温抗硫化性能更加优异。含SO2高温烟气净化试验表明,FeAl滤芯过滤器除尘效率高,工作稳定。

B_2型FeAl金属间化合物的制备及性能研究进展

对B2型FeAl合金的制备和性能研究现状进行了综述和分析。FeAl合金的制备工艺主要包括熔铸法和粉末冶金两种。FeAl合金的室温韧性可以通过合金化、细化晶粒、热处理和复合韧化等方法改善。合金化对提高FeAl高温强度和蠕变抗力有效,通过引入第二相粒子实现沉淀强化和弥散强化的效果最好,合金的使用温度有望提高到700℃以上。

硬质相对冷喷涂FeAl金属间化合物涂层性能的影响

FeAl金属间化合物具有优良的物理性能和力学性能,但其室温塑性和断裂韧性低,限制了其工程应用。利用机械合金化制备了Fe(Al)固溶体合金粉末及Al2O3,WC硬质相增强的复合合金粉末,通过冷喷涂沉积涂层并结合后热处理原位反应制备了FeAl金属间化合物涂层及其复合涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及显微硬度仪等研究了硬质相对球磨粉末组织结构、冷喷涂FeAl金属间化合物涂层组织结构及性能的影响。结果表明,硬质相可显著加速球磨粉末内部层状结构的细化程度,喷涂态涂层具有不同于传统热喷涂涂层的层状组织结构,热处理可实现喷涂态涂层中Fe(Al)固溶体向FeAl金属间化合物的原位转变,致使层状结构消失,获得无粒子界面的FeAl金属间化合物涂层,弥散分布的硬质相可显著提高冷喷涂FeAl金属间化合物涂层的强化稳定性。

反应烧结制备FeAl金属间化合物多孔材料

通过铁粉与铝粉直接反应,制备出孔隙度达40%的FeAl金属间化合物,其孔隙形成是基于Kirkendall效应的反致密化反应合成机理。结果表明:采用反应烧结的办法,抑制了FeAl烧结过程中因体积变化导致的坯料变形,同时对控制FeAl孔隙度作用明显。

微观相场模拟B2-FeAl金属间化合物有序畴界的形成和迁移

基于微观相场动力学理论,建立B2型金属间化合物的沉淀动力学方程,研究Fe-Al合金时效处理时B2-FeAl有序畴界的形成和迁移。结果表明:B2-FeAl金属间化合物有序畴的形核孕育期随时效温度的升高而延长,随Al含量的增加而缩短;有序畴的长程序参数随时效温度的升高而降低,随Al含量的增加而先增大后减小;有序畴界始终向其曲率中心运动,且在曲率较大的地方其运动速率较大;有序畴界的迁移遵循Rm(t)-Rm(0)=kt(m≈2),m受合金成分和时效温度的影响很小,但k的绝对值随着Al含量的降低而减小,随时效温度的升高而增大。

中南大学粉末冶金国家重点实验室-成都易态科技有限公司联合开发的FeAl金属间化合物多孔膜应用于黄磷冶金新技术

黄磷是制造食品级、医药级、电子级磷酸及磷酸盐不可替代的重要原料，主要用于洗涤、农药，以及氧气吸收、气体分析、光谱分析等工业领域。

TIG粉末堆焊反应合成FeAl金属间化合物层的工艺优化

采用正交试验法研究了堆焊工艺对FeA l金属间化合物堆焊层成形质量的影响,通过极差分析和方差分析,评价了堆焊工艺参数对成形质量影响的显著程度,并对堆焊工艺参数进行了优化。结果表明,堆焊电流、堆焊速度与电流之间的交互作用对堆焊层成形的影响最显著,堆焊速度对堆焊层成形质量影响较小,而粉末涂敷厚度的影响程度最小。对于Fe∶A l(原子比)为1∶2的混合粉末而言,本试验条件下能够获得较好成形的堆焊工艺参数是电流130 A、堆焊速度0.9 mm/s、粉末涂敷厚度2 mm。

B2结构FeAl金属间化合物研究现状

B2结构的FeAl金属间化合物因其独特的优良性能成为一种在高温材料领域内极具潜力的材料,但由于没有在改善其室温脆性方面取得重大突破,未能得到大量生产运用。综述了B2结构的FeAl金属间化合物的特性和制备方法,分析了引起室温脆性的原因和解决途径,并对B2结构的FeAl金属间化合物未来的研究方向进行了展望。

FeAl金属间化合物粉末注射成形工艺研究

通过机械合金化制备Fe-48at%Al金属间化合物粉末,分别按照33%、40%和50%的粉末装载量(体积分数)进行注射成形,成形坯经溶剂脱脂和热脱脂以及1200℃真空烧结,得到FeAl金属间化合物。重点研究粉末装载量对喂料混炼、注射成形温度及压力、脱脂率及烧结组织和力学性能的影响。结果表明,机械合金化FeAl粉末由于具有不规则形状和层片结构,其注射成形喂料流动性较差;在使用高粉末装载量时应提高注射温度和压力,且溶剂脱脂率较低(7h后为94.3%),需进一步延长脱脂时间;FeAl金属间化合物烧结试样的相对密度和抗弯强度均随粉末装载量增大而提高,当粉末装载量为50%,注射温度和注射压力分别为154℃和4.0MPa时,材料的相对密度为92%,抗弯强度达587MPa。

FeAl金属间化合物多孔材料的制备

以Fe、Al粉末为原料,用反应合成工艺制备FeAl金属间化合物多孔材料,表征了孔结构.结果表明,在FeAl金属间化合物多孔材料的制备过程中烧结坯发生明显的体积膨胀;在1000℃以下,随着烧结温度的升高FeAl烧结坯的孔隙度和最大孔径增大;经1000℃烧结后FeAl多孔材料的孔隙度为35.3%,最大孔径为2.0μm;造孔机理是Kirkendall效应造孔、反应造孔以及粉末颗粒间隙孔的演变.

梯度孔径FeAl金属间化合物多孔材料的制备与性能

先以Fe、Al元素粉末为原料,采用偏扩散/反应合成-烧结工艺制备FeAl金属间化合物多孔材料支撑体,再用粉末湿法喷涂技术将羰基Fe-25Al混合粉喷涂于支撑体表面,经过压制和真空烧结,获得具有梯度孔径的FeAl多孔材料。通过XRD、SEM等测试手段对烧结后的支撑体以及孔结构性能进行表征,并研究压制压力对FeAl多孔材料孔结构性能的影响。结果表明,梯度孔径FeAl多孔材料的最大孔径、透气度及开孔隙度都随压制压力升高而减小。但相对于支撑体,涂层压制压力为120 MPa时最大孔径和透气度分别减小76.46%和32.86%,而开孔隙度略有增大。

粉末粒度对FeAl金属间化合物多孔材料孔结构的影响

研究了粉末粒度对FeAl金属间化合物多孔材料孔结构的影响。研究表明,当粉末粒径在60μm以上时,随着粉末粒径的增加,FeAl金属间化合物多孔材料的总孔隙度和开孔隙度变化不大,即粉末粒度不是决定FeAl多孔材料孔隙度的主要因素;粉末粒度是决定FeAl金属间化合物多孔材料最大孔径的主要因素,在18～125μm的粒度范围内,多孔体最大孔径与粉末粒径之间严格遵循dm=0.4.dp的直线变化规律。

固液反应球磨制备TiAl,NiAl和FeAl金属间化合物

采用一种固液反应球磨专利技术制备了 Ti Al,Ni Al和 Fe Al系金属间化合物 ,所谓固液反应球磨技术是在一定温度区间 ,球磨介质对金属液体进行球磨时 ,磨球和金属液体反应生成固态的金属间化合物粉末 ;为了加速反应进行 ,也可以在金属液体中加入与磨球成分相同的金属粉末 .本研究对固液反应球磨与类似条件下的高能行星球磨 (机械合金化 )制备金属间化合物的试验结果进行了比较 .发现固液反应球磨和普通的高能球磨机械合金化相比 ,具有更高的的效率 ,可以加快合金化的速率 ,能够生成机械合金化不能合成的金属间化合物 .

冷喷涂FeAl金属间化合物涂层的高温磨损性能研究

采用机械合金化法制备FeAl合金粉末,并用冷喷涂法将其沉积在基体——2520耐热不锈钢上,通过后续热处理原位制备了致密的FeAl金属间化合物涂层,研究了该涂层从室温至800℃下的耐磨损性能。结果表明,冷喷涂FeAl合金涂层组织致密,具有不同于传统热喷涂涂层的层状组织结构,该涂层在950℃下热处理后转变为无粒子界面的FeAl金属间化合物涂层;冷喷涂FeAl金属间化合物涂层在400～800℃的范围内磨损性能随着温度的升高不断提高;在700℃下FeAl金属间化合物涂层的磨损失重仅为2520耐热不锈钢的42.3%。

钛对FeAl金属间化合物高温氧化行为的影响

探究了钛元素对ＦｅＡｌ金属间化合物在１０００℃和１１００℃大气环境下的循环氧化行为的影响。合金的氧化动力学过程通过增重法测定，氧化产物通过Ｘ射线衍射、能谱和扫描电镜等鉴定。实验结果表明，加钛和未加钛Ｆｅ－３６．５Ａｌ合金的氧化动力学曲线均可拟合为抛物线：（ΔＷ／Ｓ）２＝Ｋｐｔ＋Ｃ。加钛ＦｅＡｌ合金在１０００℃和１１００℃时的Ｋｐ值分别为２．４，３．３ｍｇ２ｃｍ－４ｈ－１；而未加钛ＦｅＡｌ合金在１０００℃和１１００℃时的Ｋｐ值分别为１．３，２．０ｍｇ２ｃｍ－４ｈ－１。两种合金的表面氧化层有所不同，其中加钛ＦｅＡｌ合金的表面氧化物不仅有Ａｌ２Ｏ３，而且还有ＴｉＯ。研究表明，钛元素对ＦｅＡｌ合金抗氧化性能的作用来自合金表面ＴｉＯ的形成以及剥落层与基体粘合力的提高。

保温时间对B2结构FeAl金属间化合物组织及性能的影响

为了研究保温时间t对FeAl金属间化合物显微组织及力学性能的影响规律,文中通过机械合金化与热压烧结相结合的方法制备FeAl金属间化合物,在25MPa、1 050℃的热压烧结条件下分别保温1h、1.5h、2h、2.5h和3h,研究其显微组织及力学性能的变化规律。采用扫描电镜进行显微组织观察和断口形貌分析,利用能谱仪和X射线衍射仪进行物相分析,并测试不同保温时间下FeAl金属间化合物的硬度、密度以及室温拉伸性能。研究结果表明:制备的FeAl块体中,以B2结构的FeAl金属间化合物为主,同时含有少量的Al2O3和AlFe3C0.5;各物相的分布会随着时间的增加越来越均匀;密度随着保温时间的增加呈现先增加再平稳的趋势,在2h时密度趋于稳定;FeAl的硬度、抗拉强度随保温时间的增加先增后降;当保温时间为2.5h时,FeAl的硬度达到最大值37.4HRC,抗拉强度达到最大值439.2MPa;通过断口形貌分析发现B2结构FeAl金属间化合物的断裂方式为沿晶脆性断裂,断裂机理为解理断裂。

高温变形FeAl金属间化合物中的位错特征

利用透射电子显微镜对９００℃高温变形后的ＦｅＡｌ金属间化合物进行观察，发现材料中存在大量的方形位错环和位错蜷线偶．经确定，方形位错环位于（１００）面，Ｂｕｒｇｅｒｓ矢量为［１００］，是由空位聚集造成的．位错蜷线偶是由［１１１］螺型位错偶经过攀移形成的．有迹象表明，位错进一步攀移，可使位错蜷线偶产生另外一种与其具有相同Ｂｕｒｇｅｒｓ矢量的位错环，这种位错环位于与蜷线轴线垂直的面上．作者认为，位错的攀移运动是ＦｅＡｌ金属间化合物高温塑性好的主要原因．

应变速率对FeAl金属间化合物室温延性的影响

研究了Ｆｅ－３６．５％（ｍｏｌ／ｍｏｌ）Ａｌ和Ｆｅ－４０％（ｍｏｌ／ｍｏｌ）Ａｌ两种合金在室温下、不同的应变速率对拉伸性能的影响。表明在一定的应变速率范围内，两种合金的延伸率随应变速率的增加而提高，合金的断裂方式与成分有关，与应变速率无关。