FeAl-316SS接头的反应行为、显微组织与力学性能

采用热爆反应与粉末冶金相结合的工艺实现了FeAl金属间化合物与316不锈钢(316SS)的有效连接,研究了连接温度(700、800、900℃)对界面成分组成和力学性能的影响。结果表明,当加热到637℃时,FeAl反应层温度瞬间升高到1050℃,发生明显的热爆反应,并伴随持续约15 s的剧烈放热。随着温度从700℃提高到900℃,界面由Fe-316SS、316SS(Al)交替组成的形式转变为由FeAl-316SS(Al)-316SS组成。三种温度下均形成良好的冶金结合,当连接温度为800℃时,抗剪切强度可达75 MPa。

粉末中C抑制FeAl熔滴氧化机制及其对等离子喷涂层组织与性能的影响

大气等离子喷涂(APS)金属时,熔滴不可避免地发生氧化是难以获得粒子间结合充分的致密涂层的主要原因。以FeAl金属间化合物为例,提出一种在粉末中添加亚微米金刚石颗粒引入碳源,以期利用碳在高温下优先氧化的特性抑制等离子喷涂飞行粒子中Fe、Al元素的氧化,获得无氧化物的高温熔滴从而制备低氧含量(质量分数)、粒子间充分结合的FeAl金属间化合物涂层的新方法。采用APS制备Fe Al涂层,研究金刚石的添加对涂层氧含量、碳含量、涂层内粒子间结合质量与硬度的影响规律,探讨FeAl熔滴飞行中的氧化行为。采用商用热喷涂粒子诊断系统测量APS喷涂中的粒子温度,通过SEM与XRD表征了涂层的组织结构,并表征涂层的结合强度与硬度。结果表明,在等离子射流的加热和Fe、Al元素放热反应的联合作用下,飞行中FeAl熔滴的表面温度可达2 000℃以上,满足C原位脱氧的热力学条件。与不含碳的传统Fe Al涂层中的氧含量随喷涂距离的增加而显著增加的规律完全不同,用Fe/Al/2.5C粉末喷涂时涂层中的氧含量随距离的增加而减小,表明飞行中熔滴的氧化得到抑制,实现了C原位脱氧抑制金属元素氧化的自清洁氧化物的效应。FeAl/2.5C涂层氧含量由传统FeAl涂层的3.67 wt.%显著降至0.62 wt.%以下,涂层中有限的氧化物主要来源于粒子沉积后氧化。因Fe Al/2.5C熔滴温度超过2 100℃,实现了熔滴碰撞引起同质涂层粒子表面熔化的自冶金结合效果,提升了涂层的致密性,其表观孔隙率由2.2%降至0.28%;涂层结合强度高于59.2 MPa,且因涂层由FeAl相及Fe3AlCx渗碳体相组成,其硬度达到590 HV0.3,约为传统Fe Al涂层的2倍。

全赫斯勒合金Cr_(2)FeAl的磁性和半金属性

基于赫斯勒合金近年来在自旋电子学领域表现出的优势性能,采用第一性原理计算方法对全赫斯勒合金Cr_(2)FeAl的电子结构、半金属性和磁性进行了理论计算。计算结果表明,Cr_(2)FeAl合金是一种具有Hg_(2)CuTi型稳定结构的全赫斯勒合金,平衡晶格常数为5.806;Cr_(2)FeAl合金表现出良好的半金属特性,具有100%的自旋极化率,半金属性会受到静水压力下的形变的影响;Cr_(2)FeAl合金具有良好的磁性,磁性主要来源于Fe-3d和Cr-3d轨道电子的非对称的自旋贡献。进一步研究表明,随着晶格常数的变化,Fe原子和Cr原子的磁矩发生明显变化,但是由于它们之间磁矩的反向耦合作用,合金总磁矩保持不变,说明静水压力下的形变对合金磁性几乎没有影响。

热处理对超音速火焰喷涂FeAl-Al涂层组织结构的影响

目的通过超音速火焰喷涂(High Velocity Oxygen Fuel,HVOF)的粉末喂料设计,获取结构致密的铁铝金属间化合物涂层,并详细考察热处理对所制备涂层组织结构的影响。方法在铁铝合金粉末喂料中添加质量分数为5%的铝粉,改善喷涂效果,在316L不锈钢表面制备致密的FeAl-Al涂层,并进行真空热处理。采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)及维氏显微硬度计,详细分析了涂层在不同热处理温度下的微观组织、成分、结构与显微硬度的变化。结果喷涂态FeAl-Al涂层厚度约为150μm,物相为Fe2Al5,未检测到单质Al。随着热处理温度升高,Fe2Al5相的衍射峰逐渐增强。500℃热处理后,喷涂态涂层中扁平粒子间存在的细微孔隙大量消失,涂层致密性明显提高。但是800℃热处理后,涂层中产生了与界面平行的裂纹。喷涂态FeAl-Al涂层的硬度为465.06HV0.1,500℃热处理2 h后增加至472.06HV0.1,继续提高热处理温度,涂层的显微硬度则明显下降。结论在粉末喂料中引入质量分数为5%的Al粉,可明显改善超音速火焰喷涂效果,获得结构致密、与基体结合牢固的FeAl-Al涂层。合适的热处理能进一步消除喷涂缺陷,使涂层显微硬度增加,微观结构更加致密。

Fe_3Al和FeAl合金的高温氧化行为

研究了含Nb、Nb和Cr的Fe_3Al合金,含Zr的FeAl合金在1050℃的氧化行为。结果表明Fe_3Al和FeAl合金氧化增重均符合抛物线规律。对于Fe_3Al合金,氧化层由Al_2O_3和Fe_2O_3组成;加入少量Nb,增加了氧化层的粘附性,从而改善合金的抗氧化性。对FeAl合金,氧化层为Al_2O_3;Zr的加入,虽然引起合金的内氧化,但却提高Al_2O_3的粘附性。

合金元素对Fe_3Al和FeAl合金力学性能的影响

本文研究了Mo,Si,B和化学计量成分对Fe_3Al和FeAl合金室温和高温拉伸性能以及组织结构的影响,结果表明,三种合金元素都使两种铁铝化物得到明显强化,但Mo和Si使其严重变脆,硼使FeAl增加塑性,断口由沿晶型变为穿晶准解理型。富Al的Fe_3Al和富Fe的FeAl合金室温塑性较化学计量化合物有明显提高。Fe_3Al从400—550℃,FeAl从400—500℃出现反常温度关系,用组织结构方面的结果对此进行了讨论。

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。

FeAl多孔材料与不锈钢的焊接

采用真空钎焊工艺,以Cu-Sn混合粉末压坯为钎料,研究FeAl多孔材料与不锈钢的焊接性能。结果表明:钎料成分和焊接工艺参数对FeAl多孔材料和434L不锈钢的焊接性能影响显著,焊接过程中成分为Cu-25%Sn(质量分数)的粉末压坯钎料在焊缝处生成Cu81Sn22和Cu10Sn3两种金属间化合物,成分为Cu-10%Sn的粉末压坯钎料在焊缝处生成(Cu,Sn)固溶体;采用Cu-10%Sn粉末压坯为钎料,真空下经过940℃保温15min,FeAl多孔材料与不锈钢通过(Cu,Sn)连接可获得良好的焊接接头,得到的FeAl多孔材料与不锈钢焊接后的抗拉强度为83.9MPa,可达到FeAl多孔材料母体抗拉强度的90.6%;FeAl多孔材料与不锈钢的真空钎焊机理为液态钎料对被焊母体的粘结连接及钎料元素与被焊母体元素间的互扩散和反应。

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.

Tortuosity factor for porous FeAl intermetallics fabricated by reactive synthesis

The tortuosity factor is the most critical parameter for the pore characteristic of porous materials. The tortuosity factor for porous FeAl intermetallics was studied based on the Darcy law and Hagen-Poiseuille equation. Porous stainless steel with the same pore structure parameter as porous FeAl was fabricated by powder metallurgy method for comparison. The results show that the tortuosity factor of porous FeAl intermetallics is smaller than that of porous stainless steel when their pore structure parameters are the same. The average tortuosity factor is 2.26 for the porous FeAl material and 2.92 for the porous stainless steel, calculated by Hagen-Poiseuille equation. The reason of the different tortuosity factors for porous FeAl and porous stainless steel was also explored through studying the pore formation mechanisms of the two types of porous materials.

FeAl系合金抗高温氧化性能研究进展

FeAl金属间化合物具有优异的力学性能和抗高温氧化、硫化腐蚀性能,被公认为是高温结构材料、高温气体除尘领域内具有重要应用价值的新材料,因而成了人们研究的重点课题之一。系统地讨论了铁铝金属间化合物的氧化过程、机理以及研究的进展情况。

大气等离子喷涂球磨Fe-Al合金制备FeAl涂层及其结构表征

FeAl金属间化合物具有良好的抗高温氧化和硫化、抗高温冲蚀性能与较高的高温强度,且密度小、成本低。将FeAl用作SOFC支撑体材料,不仅可提高SOFC的高温强度,而且可显著降低其制作成本。本研究采用机械合金化工艺制备了Fe–35Al粉末,通过大气等离子喷涂(APS)制备了FeAl涂层。利用XRD、SEM表征了球磨粉末及热处理前后涂层的微观结构。研究结果表明,通过大气等离子喷涂球磨粉末,可以制备出FeAl金属间化合物涂层,涂层经800℃热处理30h后,可提高FeAl相的有序度。

低温烧结制备超细晶FeAl合金及性能的研究

Fe、Al混合粉末经高能球磨后,在560～620℃进行低温烧结。结果表明,低温烧结温度对合金组织有明显的影响,经过12h球磨,在620℃烧结4h,可以得到超细晶FeAl金属间化合物。SEM、AFM和XRD的分析结果表明,晶粒均匀,呈等轴状,大小约为30nm左右。超细晶FeAl金属间化合物的显微硬度较低,断裂为韧窝断口,呈现塑性变形特征。

激光熔覆TiC/FeAl复合材料涂层显微组织及初生TiC生长机制研究

利用激光熔覆技术在1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢基体上制得了以TiC为增强相、以FeAl金属间化合物为基体的快速凝固TiC/FeAl复合材料涂层,分析了该涂层的显微组织及初生TiC的生长形态和生长机制。研究结果表明,激光熔覆TiC/FeAl快速凝固复合材料涂层主要由初生TiC碳化物、初生FeAl树枝晶和枝晶间少量的FeAl/TiC共晶组成,初生TiC具有独特的径向辐射分枝小面枝晶团簇状生长形态,其生长机制为侧向生长。

高能球磨低温烧结对FeAl合金组织的影响

利用高能球磨,通过剧烈的塑性变形,使Fe、Al粉末颗粒发生细化和机械合金化,并产生高的畸变能和界面能,在560℃和620℃进行低温烧结,Fe、Al原子沿着大量的晶界和缺陷进行扩散,形成FeAl合金相。经过12h的高能球磨,620℃烧结、保温4h,可以使Fe、Al复合粉完全转变成FeAl金属间化合物,晶粒均匀细小,呈现等轴状,晶粒大小约为30nm。

激光熔覆TiC增强FeAl金属间化合物基复合材料涂层磨损性研究

利用激光熔覆技术在1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢表面制得了以TiC为增强相、以FeAl金属间化合物为基体的耐磨复合材料涂层,研究了激光熔覆TiC/FeAl复合材料涂层在干滑动磨损条件下的耐磨性能及磨损机制。结果表明:随着载荷和滑动速率的增加,TiC/FeAl金属间化合物基复合材料涂层的磨损速率增加,其磨损机制随着载荷的增加逐渐由磨料磨损向粘着磨损转变;激光熔覆层中TiC体积分数的增加,一方面提高了涂层的磨料磨损抗力,另一方面降低了熔覆层表面与对磨材料之间的粘着倾向,提高了TiC/FeAl涂层的滑动磨损性能。激光熔覆TiC/FeAl金属间化合物基复合材料涂层具有优异的耐磨性能并随TiC体积分数的增加而提高。

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。

FeAl合金研究进展与发展方向

综述了FeAl合金的物理、力学性质,分析了造成合金延性低的主要原因——环境氢脆的产生原因和影响因素,概述了合金的加工方法和合金设计原则,最后指出了FeAl合金以后的研究重点和发展方向。

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。