一種用納米粉體制備Fe-Al合金的方法
【專利摘要】本發明涉及一種用納米粉體制備Fe-Al合金的方法，屬于納米技術及粉末冶金【技術領域】。本發明綜合了納米技術、等離子燒結技術及粉末冶金技術。本發明提出納米復合粉體在真空環境下等離子燒結所獲得的Fe-Al合金晶粒細小、結構均勻且無大顆粒第二相。這有效解決了Fe-Al合金的傳統熔煉過程的氧化問題和Fe3Al化合物的長大問題。提高了Fe-Al合金的延伸率，降低了其制耳率，使板材具有優良的深沖性能。
【專利說明】—種用納米粉體制備Fe-Al合金的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用納米粉體制備Fe-Al合金的方法，屬于納米技術及粉末冶金【技術領域】。
【背景技術】
[0002]1861年，隨著膠體化學的建立，科學家們就開始對直徑為I?100 nm(l nm = 10—9 m)的粒子系統進行了研究。1963年Uyeda等人用氣體冷凝法制備金屬納米粒子，并用電鏡和衍射研究了它的形貌和晶體結構。70年代末，德雷克斯勒成立了納米科學技術研究組。1986年Glecter等人首次對納米材料的結構和性質做了綜合報導。1990年7月在美國巴爾的摩召開了第一屆納米科學技術會議，標志著納米科學技術的正式誕生。
[0003]納米粒子由于具有表面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應等特殊效應，可用于改善材料的光、磁、電、力學等性能得到提高或賦予其新的功能，可以大大提高其在應用領域中的產品質量，具有很好的理論研究價值和應用前景。
[0004]自Benjamin將高能球磨用于制備彌散強化合金以來,機械合金化已發展成為一種合成材料的有效方法，成功地用于合成晶體材料、微晶材料、納米材料、金屬間化合物、準晶材料以及非晶合金等多種類型的材料，機械合金化是一個非平衡的固態合金化過程，它的突出優點在于能使一些合金系在快速固溶的過程中增加固溶度、細化晶粒尺寸，以及使合金系擴散均勻，得到良好的力學性能。
[0005]鐵鋁合金具有硬度高、強重比高、耐熱、耐磨、抗腐蝕等優良力學性能，這些特點使得Fe-Al合金能適應航天器件和汽車工業對材料性能的要求。此外，Al和Fe是地殼中儲量最為豐富的兩種金屬元素，也是工業中最常用的原料，來源廣，價格便宜，所以發展Fe-Al合金有著誘人的前景，受到了國內外的重視，具有廣闊的應用前景。尤其是在汽車工業輕量化高強度板材制造方面，Fe-Al合金具有無可替代的優勢。所以研究具有優良的深沖性能的Fe-Al合金具有現實的意義。
[0006]Fe-Al合金的制備主要是傳統的熔煉法。Fe-Al合金熔煉方法有很多，包括真空感應熔煉、電渣重熔、真空電弧重熔等方法。這種平衡制備方法的優點是成本低、效率高，但因為Al和Fe固溶度很低，所以熔煉較困難。同時也存在鑄態組織晶粒粗大，成分偏析，室溫塑性低，脆性大，使鑄件性能降低等問題。
[0007]制備Fe-Al合金還有化學氣相共沉積的方法，其制備的材料其組織和成分間沒有明確的物理關系，所以可以在偏離平衡相圖的基礎之上來配比合金的成分，這樣可以獲得平衡狀態下所不能得到的其它組織和性能，拓寬了材料的應用范圍。用化學氣相沉積法確實可制得顆粒很細，純度很高的粉體。但是，這些方法的粉體產量都很低，周期較長，工藝復雜，成本高。因此，并沒有被人們推廣。

【發明內容】

[0008]針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提供一種用納米粉體制備Fe-Al合金的方法，用機械合金化法制備具有優良深沖性能的納米Fe-Al合金。
[0009]為達到上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種用納米粉體制備Fe-Al合金的方法，具有以下的制備過程和步驟:
a.納米復合粉體的制備:采用機械球磨法，將市售化學純鐵粉與化學純鋁粉按一定質量比均勻混合后放入不銹鋼球磨罐中，通Ar氣保護，加適量的酒精，用球磨機球磨數小時；具體工藝參數如下:
Al =Fe = 1:(5?10)，質量比；
球:粉體=(6?10):1，質量比；
球磨時間=10?40 h ;
球磨轉速=20(T400r/min ；
酒精含量:50-80ml ；
采用的不銹鋼球直徑為3?5mm，球磨制得納米級Fe-Al復合粉體；b.球磨后的粉末放入模具中在真空放電等離子燒結機上進行燒結；燒結過程中以20?200°C /min的速度升溫至燒結溫度后保溫I?20min，軸向壓力為300?500MPa，真空度為3?5Pa，然后隨爐冷卻至室溫，最終得到Fe-Al合金，其工藝參數如下:
燒結溫度 900 V?1100 V ；
最大直流脈沖電流強度 300 A0
[0010]與現有技術相比，本發明具有如下突出的實質性特點和顯著的優點:
本發明采用Ar氣保護球磨，真空燒結，防止了鐵鋁合金的氧化，防止了產品中雜質的產生。機械球磨得到細小均勻的納米級的粉體，再進行放電等離子燒結，解決了 Fe3Al化合物的長大問題，提高了 Fe-Al合金的延伸率，降低了其制耳率，使板材具有優良的深沖性能，所獲得的Fe-Al合金晶粒細小、結構均勻且無大顆粒第二相。并且該生產過程綠色，無污染，能耗小，可以實現工業生產。
【具體實施方式】
[0011]本發明的具體實施例敘述如下:
實施例1:
采用機械球磨法，將市售化學純鐵粉與化學純鋁粉按1:6質量比均勻混合后放入不銹鋼球磨罐中，通Ar氣保護，采用直徑為3mm的不銹鋼球，球粉比為6:1，加少量的酒精，在高能球磨機采用轉速為200r/min,球磨10小時；
球磨后的粉末放入模具中在真空放電等離子燒結機上進行燒結；燒結過程中以20°C /min的速度升溫至900°C后，保溫20min，真空度為3Pa，同時施加壓力300MPa，然后冷卻至室溫，直流脈沖電流強度為300 A0
[0012]將獲得的Fe-Al合金進行性能測試及物相分析。
[0013]實施例2:
采用機械球磨法，將市售化學純鐵粉與化學純鋁粉按1:6質量比均勻混合后放入不銹鋼球磨罐中，通Ar氣保護，采用直徑為3mm的不銹鋼球，球粉比為10:1，加少量的酒精，在高能球磨機采用轉速為400r/min,球磨40小時；
球磨后的粉末放入模具中在真空放電等離子燒結機上進行燒結；燒結過程中以20°C /min的速度升溫至900°C后，保溫20min，真空度為5Pa，同時施加壓力300MPa，然后冷卻至室溫，直流脈沖電流強度為300 A0
[0014]將獲得的Fe-Al合金進行性能測試及物相分析。
[0015]實施例3:
采用機械球磨法，將市售化學純鐵粉與化學純鋁粉按1:10質量比均勻混合后放入不銹鋼球磨罐中，通Ar氣保護，采用直徑為3mm的不銹鋼球，球粉比為10:1，加少量的酒精，在高能球磨機采用轉速為400r/min,球磨30小時；
球磨后的粉末放入模具中在真空放電等離子燒結機上進行燒結；燒結過程中以20°C /min的速度升溫至900°C后，保溫20min，真空度為3Pa，同時施加壓力500MPa，然后冷卻至室溫，直流脈沖電流強度為300 A0
[0016]將獲得的Fe-Al合金進行性能測試及物相分析。
[0017]實施例4:
采用機械球磨法，將市售化學純鐵粉與化學純鋁粉按1:8質量比均勻混合后放入不銹鋼球磨罐中，通Ar氣保護，采用直徑為3mm的不銹鋼球，球粉比為6:1，加少量的酒精，在高能球磨機采用轉速為400r/min,球磨20小時；
球磨后的粉末放入模具中在真空放電等離子燒結機上進行燒結；燒結過程中以20°C /min的速度升溫至1100°C后 ，保溫20min，真空度為5Pa，同時施加壓力500MPa，然后冷卻至室溫，直流脈沖電流強度 為300 A0
[0018]將獲得的Fe-Al合金進行性能測試及物相分析。
[0019]實施例5:
采用機械球磨法，將市售化學純鐵粉與化學純鋁粉按1:8質量比均勻混合后放入不銹鋼球磨罐中，通Ar氣保護，采用直徑為3mm的不銹鋼球，球粉比為10:1，加少量的酒精，在高能球磨機采用轉速為300r/min,球磨40小時；
球磨后的粉末放入模具中在真空放電等離子燒結機上進行燒結；燒結過程中以20°C /min的速度升溫至1100°C后，保溫20min，真空度為3Pa，同時施加壓力500MPa，然后冷卻至室溫，直流脈沖電流強度為300 A0
[0020]將獲得的Fe-Al合金進行性能測試及物相分析。
[0021]實施例6:
采用機械球磨法，將市售化學純鐵粉與化學純鋁粉按1:10質量比均勻混合后放入不銹鋼球磨罐中，通Ar氣保護，采用直徑為3mm的不銹鋼球，球粉比為6:1，加少量的酒精，在高能球磨機采用轉速為300r/min,球磨40小時；
球磨后的粉末放入模具中在真空放電等離子燒結機上進行燒結；燒結過程中以20°C /min的速度升溫至1100°C后，保溫20min，真空度為5Pa，真空度為3~5Pa，同時施加壓力400MPa，然后冷卻至室溫，直流脈沖電流強度為300 A。
[0022]將獲得的Fe-Al合金進行性能測試及物相分析。
[0023]表1本發明制備的Fe-Al合金的力學性能測試結果
【權利要求】
1.一種用納米粉體制備Fe-Al合金的方法，其特征在于，具有以下的制備過程和步驟: a.納米復合粉體的制備:采用機械球磨法，將市售化學純鐵粉與化學純鋁粉按一定質量比均勻混合后放入不銹鋼球磨罐中，通Ar氣保護，加適量的酒精，用球磨機球磨數小時；具體工藝參數如下: Al =Fe = 1:(5?10)，質量比； 球:粉體=(6?10):1，質量比； 球磨時間=10?40 h ; 球磨轉速=20(T400r/min ； 酒精含量:50-80ml ； 采用的不銹鋼球直徑為3?5mm，球磨制得納米級Fe-Al復合粉體； b.球磨后的粉末放入模具中在真空放電等離子燒結機上進行燒結；燒結過程中以20?200°C /min的速度升溫至燒結溫度后保溫I?20min，軸向壓力為300?500MPa，真空度為3?5Pa，然后隨爐冷卻至室溫，最終得到Fe-Al合金，其工藝參數如下: 燒結溫度 900 V?1100 V ； 最大直流脈沖電流強度 300 A0
【文檔編號】B22F3/14GK103537688SQ201310480045
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月11日 優先權日:2013年10月11日
【發明者】鐘慶東, 勒霞文, 紀丹, 顧帥帥, 牟童, 郁利彬 申請人:上海大學