[发明专利]Fe-Al-Cr块体纳米晶材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及块体纳米晶材料的制备技术。

背景技术

室温脆性是影响金属间化合物材料广泛使用的主要障碍。晶粒尺寸的纳米化有望解决其普遍存在的室温脆性问题。随着近几十年纳米材料技术的不断发展成熟，各国研究者都在考虑利用纳米材料技术进一步解决金属间化合物的室温脆性等问题。但是，传统的从纳米颗粒出发的热压工艺存在制备技术复杂、成本高、材料质量不高(例如材料中存在大量空洞)、颗粒纳米尺寸难以保持等缺点。而最近几年发展起来的大变形法很难得到晶粒尺寸小于100nm的材料，并且基本局限于金属材料。因此，至今还没有一种获得块体纳米结构材料的简便、成本低且可放大工业化生产的工艺，这一问题严重地阻碍着纳米晶材料的研究与工程应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种Fe-Al-Cr块体纳米晶材料及其制备方法。

本发明是一种Fe-Al-Cr块体纳米晶材料及其制备方法，按质量百分数计，其组分为：Al 11～14％，Fe 73～82％，Cr 5～15％。

Fe-Al-Cr块体纳米晶材料的制备方法，按Al 26～31％，Fe₂O₃ 57～65％，Cr3～8％的比例称取相应的组分，将称好的粉末混合16小时，然后将混合好的反应物料置于铜模具中，在60MPa的压力下压实，在其表面放上引燃剂，然后在反应容器中进行反应，在室温下充入氩气，等温度升至180℃时再次排气，然后通入8MPa的氩气继续升高容器温度；当容器内温度达到260℃左右时引燃剂开始反应并释放出大量的热，从而引发反应物料间的反应，生成的产物在氩气保护下随炉冷却至室温制得合金。

本发明在较低外界温度下通过铝粉体与铁、镍等氧化物之间的铝热化学反应合成所需的金属间化合物，同时金属间化合物在反应自身释放的瞬时高热量作用下被熔化，具有通常熔炼工艺无法达到的过热度(约1000℃)，使熔体首先被过热净化。通过控制原料纯度，在保护气氛下反应，将熔体原位沉积于冷却底材，保持熔体纯净度。从而熔体在凝固过程中具有较大的过冷度，保证结晶开始时具有小的临界晶核、高形核率和低的原子扩散速度。同时将熔体在处于较低环境温度的高导热底片的较高冷却速度作用下凝固，使熔体结晶过程中晶核生长时间受到限制，从而凝固结束时材料中晶核尺寸最终被阻碍在纳米尺寸，得到金属间化合物块体纳米晶材料。本发明在降低材料生产成本的同时，获得纳米晶粒尺寸的块体纳米晶Fe₃Al材料。

本发明制备的块体纳米晶材料的一些性能如下表所示：

压缩实验在济南试金集团有限公司行产的微机控制电子式万能试验机上进行，最大载荷10t，压头速度0.5mm/min；硬度在HBRVU-187.5型布洛维氏光学硬度计上测定，其测试条件为，载荷298N，加载持续时间15秒；晶粒尺寸通过X衍射实验，衍射角是0～100度，以及JEOL-2010透射电镜观察，最高加速电压200kv，放大倍数100k倍，晶格分辨率0.194nm。

  性能  屈服强度σ_0.2  (MPa)  维氏硬度  (HV)  晶粒尺寸  (nm)  本发明材料  700～900  200～300  20～40

上述的这些性能指数都是严格按照国家标准来执行的。

具体实施方式：

实施例1：