[发明专利]一种制备三铝化锆金属间化合物的方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种制备三铝化锆金属间化合物的方法，属于金属合金材料制备技术领域。 

背景技术

 Zr-Al金属间化合物ZrAl₃是潜在的高温结构材料，为D023型体心正交结构，其晶胞含有4个Zr原子，12个Al原子，具有极高的熔点、硬度和弹性模量，一般可作为晶粒细化剂或陶瓷基复合材料中的增强相使用。 

通常，Zr-Al金属间化合物ZrAl₃的制备主要有自蔓延高温合成法、熔体直接反应法、基于粉末冶金的预合金粉末烧结法和混合粉末偏扩散反应合成烧结法等，如：利用K₂ZrF₆或ZrOCl₂在Al液中的直接原位反应可生成ZrAl₃颗粒。但是，预合金粉末烧结法获得的ZrAl₃材料孔隙率较低，采用造孔剂能提高孔隙率却会影响基体的纯净性。此外，混合粉末偏扩散反应合成烧结法存在以下不足：1、以粉末为原料，由于Zr、Al粉极易氧化，需要真空烧结，粉末冶金过程本身的不足，使制备过程复杂、成本高，所制备材料体积及产量有限；2、烧结体的宏观尺寸膨胀，从而对制备复杂构件有不良影响；3、产物不纯，获得的Zr-Al金属间化合物ZrAl3相结构不稳定、不均匀，易同时出现如ZrAl、Zr₃Al、Zr₂Al₃等其他金属间化合物相。 

发明内容

本发明的目的在于，提供一种制备三铝化锆金属间化合物的方法，其工艺简单、清洁干净，而且，产品ZrAl3金属间化合物纯度高。 

本发明是通过以下技术方案来实现的： 

一种制备三铝化锆金属间化合物的方法，其特征在于：包括以下步骤： 

1、备料，以纯Al块和纯Zr块为原料，其中，纯Zr块与纯Al块的摩尔比为1：3；

  2、按照步骤1所述的摩尔比分别称取纯Zr块、纯Al块；然后将纯Zr块和纯Al块混合放置于电弧熔炼炉的水冷铜模中；对电弧熔炼炉抽真空后，通入Ar气；

 3、利用钨极电弧枪通以约150安的强电流对纯Zr块和纯Al块进行熔炼，并伴以电磁搅拌以使纯Zr块和纯Al块的混合熔体均匀化；每次熔炼后，利用水冷铜模来急冷熔体；

4、按照步骤3反复熔炼6次后，取出含Zr、Al元素的混合金属块，打磨抛光后即得到单一的三铝化锆金属间化合物。

进一步地说：

所述的原料中，纯Al块的纯度为99.5%；

所述的原料中，纯Zr块的纯度为99.9%。

有益效果：与现有技术相比，本发明所述的制备方法易于操作，且产物性能优异，具体地说，本发明是在抽真空后并充满Ar气的电弧炉中对进行原位合成化学反应，采用通有强电流的钨极电弧枪熔炼混合的金属块，伴以电磁搅拌以使混合熔体均匀化，并通过水冷铜模来急冷熔体，反复熔炼6次，最终得到纯净清洁、界面干净、相结构稳定的ZrAl₃金属间化合物的金属块。此外，本发明所述制备过程中，熔炼合成的产物不受氧等杂质的污染，能直接作为ZrAl₃金属间化合物材料应用，也可作为其他材料的添加相而制备含ZrAl₃金属间化合物的复合材料。 

附图说明

图1为采用本发明所述方法制备的三铝化锆金属间化合物经抛光后作XRD物相鉴定的结果图。

具体实施方式

以下参考具体实施方式，对本发明做进一步的说明。

本发明所述制备三铝化锆金属间化合物的方法，包括以下步骤： 

1、备料，以纯Al块和纯Zr块为原料，其中，纯Zr块与纯Al块的摩尔比为1：3；所述纯Al块的纯度为99.5%，所述纯Zr块的纯度为99.9%；

2、按照步骤1所述的摩尔比，分别称取12.5g纯Zr块、14g纯Al块；然后将纯Zr块和纯Al块混合放置于电弧熔炼炉的水冷铜模中；对电弧熔炼炉抽真空后，通入Ar气；

3、利用钨极电弧枪通以约150安的强电流对纯Zr块和纯Al块进行熔炼，并伴以电磁搅拌以使纯Zr块和纯Al块的混合熔体均匀化；每次熔炼后，利用水冷铜模来急冷熔体；

4、按照步骤3反复熔炼6次后，取出含Zr、Al元素的混合金属块，打磨抛光后即得到单一的三铝化锆金属间化合物。

所述三铝化锆金属间化合物经抛光后作XRD（型号D/Max 2500PC， Rigaku.，Japan）物相鉴定，结果为单一的金属间化合物ZrAl₃相，如图1所示。