铁氮粉末冶金材料的应用探索与铁氮相变的理论研究

论文摘要

采用粉末冶金方法制备铁氮粉末冶金材料,烧结气氛为NH3和NH3与N2的混合气氛。分析了NH3的分解过程及[N]与Fe的反应。研究了工艺条件对制备铁氮粉末冶金材料组织和性能的影响规律。分别测定了不同气氛和烧结温度下所得材料的组织和各种物理和力学性能,并对铁氮粉末冶金材料的应用作了初步尝试。结果表明:铁氮粉末冶金材料比铁基粉末冶金材料具有较高的硬度、较好的耐磨性和耐蚀性。随着烧结温度的升高,材料孔隙度明显降低,氮化物含量有一定的增加,使材料具有更好的力学性能。与氨气和氮气的混合气氛相比,在单纯的氨气保护气氛下烧结的样品氮化物含量较高,具有的力学性能较好,并且也较容易应用在实际材料的生产中。Fe4N相优异的磁学特性使得该材料有望在磁学领域有一定的应用前景。应用朗道理论,通过引入序参量η,即单位体积中位矢（1/2,1/2,1/2）处晶格位置上被氮原子占有几率,将热力学势函数按η展开,讨论了η和温度T之间的关系,从本质上较合理的解释了本论文中制备的铁氮粉末冶金材料中Fe4N相的转变速率。研究了αFe-γ’Fe4N相变的位相关系并预测了相变过程中会有亚稳相出现。还应用点群理论推导了γ’Fe4N相可能具有的理论形状。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 粉末冶金概述
• 1.2 粉末冶金材料
• 1.2.1 传统粉末冶金材料
• 1.2.2 先进粉末冶金材料
• 1.3 含氮粉末冶金材料的发展
• 1.4 晶体的宏观对称性与晶体学点群
• 1.4.1 晶体的宏观对称性
• 1.4.2 32种晶体学点群
• 1.5 朗道相变理论概要
• 第2章 铁氮粉末冶金材料的应用研究及性能分析
• 2.1 铁氮粉末冶金零件的制备
• 2.1.1 粉末冶金法制备铁氮材料的原理及优点
• 2.1.2 铁氮粉末冶金零件的制备方法
• 2.2 铁氮粉末冶金零件的性能测定结果及分析
• 2.2.1 金相组织分析
• 2.2.2 XRD分析
• 2.3 孔隙度测定结果及分析
• 2.4 铁氮粉末冶金材料的密度测定结果及分析
• 2.5 铁氮粉末冶金材料的力学性能测定结果及分析
• 2.5.1 硬度测定结果及分析
• 2.5.2 耐磨性能测定结果及分析
• 2.5.3 耐蚀性能测定结果及分析
• 2.6 铁氮粉末冶金材料的物理性能测定结果及分析
• 2.6.1 电阻率测定结果及分析
• 2.6.2 M-H曲线测定结果及分析
• 第3章 制备工艺对材料组织和性能的影响及分析
• 3.1 烧结概述
• 3.1.1 烧结过程中粉末颗粒间发生的变化
• 3.1.2 烧结过程的热力学
• 3.1.3 烧结机构
• 3.2 温度对粉末冶金材料的影响
• 3.2.1 烧结温度对材料组织结构的影响
• 3.2.2 烧结温度对材料致密化的影响
• 3.2.3 烧结温度对材料性能的影响
• 3.3 气氛对粉末冶金材料的影响
• 3.3.1 气氛对粉末冶金材料组织结构的影响
• 3.3.2 气氛对粉末冶金材料致密化和性能的影响
• 第4章 铁氮相变中的理论问题研究
• 4.1 朗道理论及其应用
• 4.1.1 相变的分类
• 4.1.2 朗道二级相变理论
• 4.1.3 朗道理论推广——朗道-德让理论
• 4N）的特征'>4.2 铁氮相变（AFE-г'FE₄N）的特征
• 4N相的结构特点'>4.2.1 γ'Fe₄N相的结构特点
• 4.2.2 Landau理论模式与序参量的确定
• 4.2.3 热力学势函数
• 4.2.4 铁氮相变的特征
• 4.3 铁氮相变中亚稳相出现的LANDAU解释
• 4N相变中的位相关系'>4.3.1 αFe-γ'Fe₄N相变中的位相关系
• 4.3.2 对亚稳相出现的预测
• 4.4 铁氮化合物相形状分析
• 4.4.1 球面投影和极射赤面投影
• 4.4.2 标准投影图
• 4N相理论形状的推测'>4.4.3 点群理论对γ'Fe₄N相理论形状的推测
• 4.5 铁氮化合物相物理性能的对称性解释
• 4.5.1 晶体的宏观对称性与宏观物理性质
• 4N相宏观物理性质推测'>4.5.2 对γ'Fe₄N相宏观物理性质推测
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文