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机械活化—放电等离子原位合成FexAly/Al2O3纳米复合材料

2020-11-22阅读(520)

机械活化—放电等离子原位合成FexAly/Al2O3纳米复合材料

论文摘要

FeAl系金属间化合物由于其良好的抗氧化、抗腐蚀和抗硫化性能,低的材料密度和低廉的价格,以及良好的焊接性能,是近几年来研制中倍受关注的一类新型高温耐蚀材料。但由于室温塑性及可加工性能差,使得Fe-Al金属间化合物在工程应用中受到了限制。 本论文通过晶粒细化的手段出发来解决这个问题,选择Al2O3粉末与Fe、Al粉末复合,用机械球磨的方式实现粉体细化和机械活化,并通过SPS来进行放电等离子烧结成型,获得块体材料。利用光学显微分析、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDXA）和X射线衍射对实验所得的Fe-Al粉系和块体试样进行微观结构、反应进程、晶粒形貌和尺寸大小等分析,并对材料进行致密度、硬度以及力学性能等测试。主要讨论了Fe-40Al/Al2O3烧结块体的工艺影响因素、烧结反应过程、相的转变以及晶粒大小和Al2O3在球磨和烧结过程中的作用;Fe-28Al/Al2O3的烧结工艺、强化机理、断裂机理以及添加Cr的作用等问题。 实验结果表明:在机械球磨中,采用较大的球磨参数:即球粉比13:1,转速170r,球磨25h即可实现（Fe+Al）/Al2O3粉体的机械活化、纳米化以及弥散强化相的引入;Al2O3粉末的加入对球磨和烧结工艺都有重要的影响。利用SPS对Fe-40Al/Al2O3复合纳米粉体烧结的最佳烧结工艺参数是:球磨25h后的粉体,烧结温度1050℃,升温15min,保温5min,加热速率为70℃/min,所加轴向压力为40MPa;反应产物中FeAl平均晶粒度为127nm,Al2O3平均晶粒度为113nm,获得了超细晶金属间化合物。对Fe-28Al/Al2O3复合纳米粉体SPS烧结时,合适的烧结工艺参数为:球磨25h后的粉体,烧结温度1400℃,升温15min,保温5min,加热速率为93℃/min,所加轴向压力为40MPa。烧结后,材料致密度均达到98%以上。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  • 1.1 概述
  • 1.1.1 课题意义
  • 1.1.2 Fe-Al金属间化合物简介
  • xAly／Al2O3陶瓷复合材料的适配性'>1.1.3 FexAly／Al2O3陶瓷复合材料的适配性
  • 1.1.4 Fe-Al金属间化合物的国内外研究现状
  • 1.2 本课题的主要研究内容
  • 2O3复合纳米粉体的制备'>2 （Fe+Al）／Al2O3复合纳米粉体的制备
  • 2.1 机械球磨活化机理
  • 2O3复合纳米粉体的制备'>2.2 （Fe+40at％Al）／Al2O3复合纳米粉体的制备
  • 2.2.1 实验方法
  • 2.2.2 球磨实验结果
  • 2.2.3 粉末衍射结果及分析
  • 2O3对机械活化过程的影响'>2.2.3.1 Al2O3对机械活化过程的影响
  • 2.2.3.2 Fe、Al粉末晶粒尺寸及微观应变变化
  • 2O3复合纳米粉体的制备'>2.3 （Fe+28at％Al）／Al2O3复合纳米粉体的制备
  • 2.3.1 实验方法
  • 2.3.2 球磨实验结果
  • 2.3.3 粉末衍射结果及分析
  • xAly／Al2O3球磨粉体的SPS烧结'>3 FexAly／Al2O3球磨粉体的SPS烧结
  • 3.1 粉末烧结原理
  • 3.2 SPS烧结机制
  • 3.2.1 SPS烧结原理及特点
  • 3.2.2 SPS烧结中的放电场辅助自蔓延反应
  • 3.2.3 SPS烧结中的电场扩散
  • 3.3 SPS烧结实验装置及测试方法
  • 2O3系的SPS烧结'>3.4 FeAl／Al2O3系的SPS烧结
  • 3.4.1 烧结规范
  • 3.4.2 烧结参数变化曲线
  • 3.4.3 密度的测定
  • 3.4.4 显微硬度的测定
  • 3.4.5 试样显微分析
  • 3.4.6 扫描电镜实验结果
  • 3Al／Al2O3系SPS烧结'>3.5 Fe3Al／Al2O3系SPS烧结
  • 3.5.1 烧结规范
  • 3.5.2 烧结参数变化曲线
  • 3.5.3 密度的测定
  • 3.5.4 显微硬度的测定
  • 3.5.5 试样显微分析
  • 3Al／Al2O3陶瓷复合材料的力学性能实验'>3.6 Fe3Al／Al2O3陶瓷复合材料的力学性能实验
  • 3Al／Al2O3陶瓷复合材料的断口扫描及能谱分析'>3.7 Fe3Al／Al2O3陶瓷复合材料的断口扫描及能谱分析
  • xAly／Al2O3块体纳米复合材料试验结果分析'>4 FexAly／Al2O3块体纳米复合材料试验结果分析
  • 4.1 粉体颗粒对烧结产物的影响
  • 4.1.1 颗粒表面的影响
  • 4.1.2 Al粉粒度的影响
  • 2O3系SPS烧结过程分析'>4.2 FeAl／Al2O3系SPS烧结过程分析
  • 4.3 烧结温度对试样性能的影响
  • 4.4 加热速率对试样性能的影响
  • 4.5 保温时间对试样性能的影响
  • 2O3含量对试样性能的影响'>4.6 Al2O3含量对试样性能的影响
  • 4.7 烧结后试样晶粒大小及成分分析
  • 4.7.1 烧结试样的晶粒大小分析
  • 4.7.2 烧结试样的成分分析
  • 3Al／Al2O3陶瓷复合材料的成分分析'>4.8 Fe3Al／Al2O3陶瓷复合材料的成分分析
  • 3Al／Al2O3陶瓷复合材料的力学性能及断口形貌分析'>4.9 Fe3Al／Al2O3陶瓷复合材料的力学性能及断口形貌分析
  • 3Al／Al2O3陶瓷复合材料的强韧化机制'>4.10 Fe3Al／Al2O3陶瓷复合材料的强韧化机制
  • 3Al和Al2O3的晶格电子数'>4.10.1 Fe3Al和Al2O3的晶格电子数
  • 4.10.2 复合材料的细颗粒韧化
  • 2O3与Fe-Al金属间化合物的协同韧化'>4.10.3 Al2O3与Fe-Al金属间化合物的协同韧化
  • 3Al／Al2O3陶瓷复合材料的影响'>4.11 Cr对Fe3Al／Al2O3陶瓷复合材料的影响
  • 5 结论
  • 5.1 结论
  • 5.2 课题待完备之处
  • 致谢
  • 参考文献

    • 相关论文文献

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