纳米晶Fe-Al-Cr金属间化合物的制备及其结构与性能的研究.pdf

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1、纳米晶Fe．AI．Cr金属间化合物的制备及其结构与性能的研究Preparation，MicrostructuresandPropertiesofNanocrystallineFe—AI—CrIntermetallicAlloys2011．04合肥工业大学本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕士学位论文质量要求。答辩委员会签名：(工作单位、职称)一。享善意哪啪悄触膨次中团彰孑科技唧圊众毯研卵P＼∥P一委员：辄馋稍莉取却刍轵披·冲奶谚膨千卵砚确劾既而)确髟殳印?!i篡落j取方伽≯，面婷舻研易确缃P川l赫导风L3’

2、“今≯仁拍翻易弘织瘕·独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得金胆王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签字：童·1缅粕签字日期：加。1年年月石日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解金毽王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件

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4、的抗氧化性、抗硫化腐蚀及耐磨损性能，而且密度小、强度高，公认为是在航空航天及汽车制造领域具有重要应用价值的新材料。然而，Fe．Al金属间化合物的室温脆性及873K以上强度和蠕变抗力急剧降低仍是制约其实用化的两大关键因素。前期研究表明，2-6at．％的Cr能明显增强Fe．Al金属间化合物的强度和韧性。粉末冶金制备Fe．A1．Cr金属间化合物具有晶粒细化、成分均匀等优点，克服液态成形Fe-Al-Cr金属间化合物晶粒粗大、成分偏析等的缺陷，可望开发结构与性能更加优异的新型Fe．A1．Cr金属间化合物材料。本文采用高能球磨的机械合金

5、化(MA)合成Fe．28A1-5Cr、Fe·40AI-5Cr三元合金粉体，真空退火后，再经热压烧结制备纳米晶Fe3AI(Cr)及FeAl(Cr)块体材料。采用XRD、SEM、TEM和DSC等研究球磨粉体及热压块体的显微组织结构及其演变过程，测试了烧结块体的力学性能。研究了球磨粉体的合金化机制及块体的强韧化机制。在MA初期，Fe．28A1．5Cr粉体的合金化是通过A1原子优先向Fe(A1)中，而不是向Fe．Cr(A1)中的扩散来进行的；延长球磨时间，Fe(A1)中的Al和Fe-Cr(AI)中的Cr间的互扩散逐渐实现成分的均匀化

6、，最终形成成分均匀的Fe(AI，Cr)N溶体，该过程遵循“连续扩散混合”机制。球磨70h后，粉体主要由纳米晶Fe(A1，Cr)构成，晶粒尺寸约为9．5nm。球磨70h的Fe．28A1—5Cr粉体在从室温到873K的热处理过程中，发生了由Fe(AI，Cr)固溶体向有序的D03．Fe3AI(Cr)金属间化合物转变，同时发生明显的晶粒长大。Cr成分在MA及随后热处理过程中抑制Fe．28A1．5Cr粉体的成分均匀化及有序化转变。MAFe．28A1．5Cr纳米晶粉体，1023K真空退火后，再经1523K、25MPa热压成致密块体。热压

7、块体中，Fe3Al(Cr)相以B2结构为主，同时还含有少量的A1203。在热压过程中，发生晶粒长大，但晶粒尺寸仍在纳米级。Fe3AI(Cr)块体的压缩强度达到1313MPa，维氏硬度为671．6HVo．2，断裂韧性Kic为5．OMPa·rnl／2。热压Fe3Al(Cr)块体材料良好的力学性能主要是由于晶粒细化、组织均化及Cr微合金化。热压Fe3AI(Cr)试样抗弯断口比较平整，呈沿晶及解理断口特征。在MAFe．40A1．5Cr粉体的合金化初期阶段，Al优先向Fe中扩散，而向Fe．Cr中扩散缓慢，形成Fe(A1)及Fe．Cr(

8、A1)固溶体：继续球磨，发生Fe(A1)及Fe．Cr(A1)中Al、Cr原子的相互扩散，最终形成成分均匀的新相，即Fe(AI，Cr)固溶体。该过程遵循“连续扩散混合”机制。球磨70h后，粉体主要由纳米晶Fe(AI，Cr)构成，晶粒尺寸约为12．9nm。球磨70h的Fe．40AI．5Cr粉体