高能反应球磨/退火制备Fe3(Si,Al)粉体及其有序度研究

利用Fritsch Pulversitte 5型行星式球磨机、扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究3Fe/xSi/(1-x)Al(x=0.75,0.5,0.25)混合粉末的机械球磨过程,分析球磨1h和5h的粉末在860°C条件下退火4h的物相组成,并采用长程有序参数定量表征了退火得到的有序相的有序程度。研究表明,试验粉末球磨5h以上可以得到单相Fe(Si,Al)固溶体,其晶粒尺寸约为20nm;球磨5h的3Fe/xSi/(1-x)Al(x=0.75,0.5,0.25)混合粉末在860°C条件下退火4h后形成的有序相分别为Al0.3Fe3Si0.7、Al0.5Fe3Si0.5和Al0.7Fe3Si0.3,其有序度分别为0.79060、.6888和0.7032。

热压烧结Fe_3Si基金属间化合物及其抗氧化性能

采用中频感应热压烧结法制备2种Fe3Si基合金,采用18-8不锈钢作为对比材料,对3种材料在800℃下的高温抗氧化性能进行评价.结果表明,Fe-15Si-5Cr和Fe-18Si-2.5Cr较之不锈钢具有更好的抗氧化性,且Fe-18Si-2.5Cr的抗氧化性最强.3种材料的氧化产物主要为Cr2O3,Cr2O3和SiO2的复合氧化膜,有序Fe3Si金属间化合物的生成对材料的抗氧化性起到关键作用.

Ni对Fe_3Si化合物硬度影响的微观组织结构和电子结构研究

采用实验和第一性原理方法,从微观组织结构、电子结构、力学常数和布局分析研究了Ni浓度和烧结温度对Fe_3Si化合物硬度的影响.结果表明Ni含量为3.125at.%时,化合物具有最小硬度值.进一步增加Ni浓度,其硬度增大,B/c44比值先增加后减小,而G/B比值先减小后增加.但当浓度超过6.25at.%后,不仅不能改善Fe_3Si脆性,反而使合金脆化程度加剧,说明适当添加Ni可韧化Fe_3Si化合物.烧结温度较低时,电子结构对Fe_3Si化合物硬度的影响占主导作用,随烧结温度的升高,先析出的晶粒迅速长大,Ni含量对化合物硬度的影响有所减弱,微观组织结构的影响大于电子结构.

热压烧结Fe_3Si-10%Cu复合材料在稀H_2SO_4中的腐蚀行为

采用机械合金化制粉/热压烧结制备了Fe3Si-10%Cu复合材料,研究了其在0.4,0.6和0.8 mol·L-1的稀H2SO4中的浸泡腐蚀行为.结果表明,Fe3Si-10%Cu复合材料在稀H2SO4中表现出腐蚀失重,且随H2SO4浓度增加材料的腐蚀速率降低;复合材料中Fe3Si和Cu两相在H2SO4溶液中形成了一个腐蚀电池,其中Fe3Si相为阳极,发生腐蚀,Cu为阴极,得到保护;电化学腐蚀测试表明,Fe3Si-10%Cu复合材料在0.4,0.6和0.8mol·L-1的H2SO4溶液中自腐蚀电位相当,且在0.4 mol·L-1溶液中具有最低的自腐蚀电流和维钝电流.在0.6和0.8 mol·L-1的H2SO4溶液中,阳极反应产物以SiO2形态附着在Fe3Si-10%Cu材料表面导致腐蚀速率下降.

Fe-Si-Cr-Al四元系Fe_3Si基合金在水润滑条件下的摩擦学性能

利用Optimal SRV摩擦磨损试验机考察了Fe65Si25Cr5Al5、Fe70Si20Cr5Al5、Fe75Si15Cr5Al5和Fe80Si10Cr5Al5等几种Fe-Si-Cr-Al四元系Fe3Si与Si3N4配副时在水润滑条件下摩擦学性能.结果表明:Fe65Si25Cr5Al5和Fe70Si20Cr5Al5的磨损率低于纯Fe3Si和AISI 304不锈钢,同样,与这两种材料配副的Si3N4对偶材料磨损率也相对较低;Fe75Si15Cr5Al5和Fe80Si10Cr5Al5的磨损率则高于Fe3Si和AISI 304不锈钢.Fe70Si20Cr5Al5中Cr元素的化学活性高于其中Al元素的化学活性,材料表面富集的Cr2O3有效阻碍了Si3N4与水的摩擦化学反应,从而使Fe70Si20Cr5Al5在水环境中的摩擦学性能Fe3Si显著提高,在载荷分别为30、50、70和90 N条件下,Fe70Si20Cr5Al5比Fe3Si的磨损率分别降低了15.5%、20.2%、31.8%和38.2%;对偶材料Si3N4的磨损率则分别降低了67.9%、36.9%、46.6%和50.6%.

Co含量对Fe_3Si合金磁学性能的影响

采用基于密度泛函理论(DFT)的赝势平面波法,对过渡金属Co掺杂Fe_3Si进行几何结构优化,计算Co含量对Fe_3Si合金磁学性质的影响.研究表明:Fe_(3-x)Co_xSi的磁性主要来源于过渡金属元素Fe和Co,并且相对于A、C位的Fe和Co原子,B位Fe的原子磁矩较大;在0≤x≤0.75范围内,随着Co含量的增大,Fe_(3-x)Co_xSi的总磁矩缓慢减小,在0.75≤x≤1.5时,其总磁矩迅速地增大;A、C位Fe原子的磁矩和合金总磁矩的变化趋势相同,Co原子的磁矩随着Co含量的增大缓慢地增大,原子的磁矩变化与自旋向上和向下方向的电荷转移有关.

利用铁尾矿制备多相复合材料的研究

以攀枝花选钛尾矿为主要原料,活性炭为还原剂,采用碳热还原氮化法,实现合成与烧结一体化,烧结制备了Fe3Si-Ti(C,N)复合多相材料,探索了一条低成本利用尾矿合成复合多相材料的新途径。借助X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDS)对烧结体的物相、显微形貌及成分进行了分析,并对样品的力学性能进行了研究。XRD结果表明,产物主晶相为Fe3Si和Ti(C,N)。通过SEM和EDS可知,生成的Ti(C,N)相富集在Fe3Si相的周围。样品的体积密度和表面洛氏硬度随着温度的升高而升高。当合成温度为1500℃、保温时间为4h时,所得的烧结体具有较高的体积密度(ρ=4.331g/cm3)和表面洛氏硬度(HR15N=85.0)。

Fe_3(Si_(1-x),Al_x)金属间化合物的制备及其力学性能研究

采用真空电弧熔炼退火制备了Fe3(Si1-x,Alx)(x=0.2,0.4,0.6)Fe3Si基金属间化合物.通过XRD和SEM对制备出的试样进行表征,同时对其显微硬度、压缩强度及弯曲强度等力学性能进行了综合分析.结果表明,Fe3(Si1-x,Alx)金属间化合物仍然保持Fe3Si物相不变.Al的合金化改性降低了Fe3Si金属间化合物的显微硬度,有利于改善Fe3Si的脆性.Fe3(Si0.67,Al0.33)表现出较Fe3Si高的抗压和抗弯强度,这是其适中的有序度值与变形过程中加工硬化作用的综合结果.Fe3(Si1-x,Alx)表现出明显的二次解理特征,这利于断裂过程中裂纹能量的释放,从而提高其强度.