Fe-Al-Mn-C合金的制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种高温合金材料的制备方法，特别是涉及一种复合脱氧合金化材料 的制备方法，应用于粉末冶金技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前，粉末冶金技术已被广泛应用于交通、机械、电子、航空航天、兵器、生物、新能 源、信息和核工业等领域，成为新材料科学中最具发展活力的分支之一。粉末冶金技术具备 显著节能、省材、性能优异、产品精度高且稳定性好等一系列优点，非常适合于大批量生产。 另外，部分用传统铸造方法和机械加工方法无法制备的材料和复杂零件也可用粉末冶金技 术制造，因而备受工业界的重视。
[0003] 采用机械合金化技术制备的弥散强化铜合金具有优异的力学性能，机械合金化弥 散铜合金可以替代内氧化法制备的弥散强化铜合金，是理想的引线框和电极材料。近年来， 机械合金化弥散强化钛合金、镍合金和钼合金以及机械合金化弥散强化金属间化合物的研 究日益增多，估计将有更多的新型弥散强化材料问世。
[0004] 铁铝锰碳是一种新型复合脱氧合金化材料，具有碳含量低、熔点低（1140°C~1195 °C)、密度大(5.4~5.7g/cm 3)等特点。铁铝锰碳合金常用于柴油机废气涡轮增压器的涡轮、 镇静钢和热处理炉上进行使用，是在高温、高速和燃气腐蚀工况下运转的，是增压器的关键 部件。将其用于钢液的脱氧合金化，其密度介于钢液、钢渣之间，能有效的提高铝的利用率； 低的含碳量对抑制钢液增碳能起到较好的作用；由于锰的存在，可加速脱氧反应的进行、促 进脱氧产物从钢液中迅速排除，达到净化钢液的目的。适量碳元素的加入可以细化晶粒尺 寸，提尚合金的延展性。现有的铁错猛碳合金的制备方法制备的尚温合金材料中存在$父多 杂质和夹杂，影响材料的耐腐蚀和耐热性能，所制备的材料还不能满足复杂工况的使用要 求。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种 Fe-Al-Mn-C合金的制备方法，综合了纳米处理方法、动磁压制工艺、微波烧结工艺及粉末冶 金工艺等技术优势，通过机械研磨法制备纳米级Fe-Al-Mn-C复合粉体，将该纳米粉体挤压 成块状，并在还原保护性气氛下较低温度范围内实现Fe-Al-Mn-C合金化。烧结时还原性气 体的使用有效就降低了粉末的氧化，减少其他氧化物杂质的产生;运用纳米技术制备的Fe-Al-Mn-C 合金的 晶粒得到细化 ，有效提高该合金的耐蚀性能和高温抗氧化性能; 微量的稀土 元素铺的加入使所得的Fe-Al-Mn-C合金的塑性得到极大的提高。本发明制备Fe-Al-Mn-C合 金的方法是一种操作简单、得到合金具有高塑性、强耐蚀性、高温抗氧化性的方法。
[0006] 为达到上述发明创造目的，采用下述技术方案： 一种Fe-Al-Mn-C合金的制备方法，包括如下步骤： a.纳米复合粉体的制备:采用机械球磨法，对实验原料还原铁粉、铝粉、锰粉、碳粉和 纳米铺粉按一定质量比均勾混合配制纳米复合粉体原料后放入球磨罐中，加入一定量的乙 醇作为分散剂，采用硬脂酸作为球磨介质，将罐内抽真空后再充入氩气，然后通过一定时间 的球磨来制备纳米复合粉体浆液，具体工艺参数如下： 纳米复合粉体原料各组分的质量配比如下： Fe 粉为 62~74 · 5wt · %，A1 粉为 5~9wt · %，Mn 粉为 20~30wt · %，C 粉为 0 · 5~1 · 3wt · %，纳米 Ce 粉 为0~0.2wt.%; 乙醇和纳米复合粉体原料的液固质量比为85:15; 球磨时间为5~20h; 球磨转速为250~350rpm; 球磨结束后，取出球磨后制备的纳米复合粉体浆液，并置于真空干燥箱内干燥，并最终 制得纳米级Fe-Al-Mn-C复合粉体； b. Fe-Al-Mn-C合金成型:将在所述步骤a中制备的纳米级Fe-Al-Mn-C复合粉体采用动 磁压制成型，然后在微波烧结炉内还原保护性气氛下进行烧结，完成烧结后再降温后，最后 得到Fe-Al-Mn-C合金型材，其工艺参数如下： 微波频率:2.45GHz; 烧结温度:700~1000 °C; 烧结保温时间:4~8h; 成型压制力：25〇~400MPa; 降温梯度:随炉冷却； 保护性气体流量：50~200mL/min;所述还原保护性气体优选采用含有体积比为50 土 10%的氢气和体积比为50 ± 10%的氮气的混合气体。
[0007] 本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点： 1. 本发明利用纳米粉体制备Fe-Al-Mn-C合金，将纳米级Fe-Al-Mn-C复合粉体挤压成 块状，在还原保护性气氛下实现Fe-Al-Mn-C合金化，得到Fe-Al-Mn-C块状合金； 2. 本发明的烧结时还原性气体的使用有效就降低了粉末的氧化，减少其他氧化物杂 质的产生； 3. 本发明运用纳米技术制备的Fe-Al-Mn-C合金的晶粒得到细化，有效提高该合金的 耐蚀性能和高温抗氧化性能； 4. 本发明采用微量的稀土元素铈的加入使所得的Fe-Al-Mn-C合金的塑性得到极大的 提尚。
【具体实施方式】
[0008] 本发明的优选实施例详述如下： 实施例一： 在本实施例中，一种Fe-Al-Mn-C合金的制备方法，包括如下步骤： a.纳米复合粉体的制备:取在无水乙醇介质中，加入铁粉、铝粉、锰粉、碳粉按质量比为 65:6: 28:0.8，再加入0. lwt. %的纳米铈粉，调整乙醇和纳米复合粉体原料的液固质量比为 85:15,配料完成后装入不锈钢球磨罐中，在高能球磨机上以300r/min的转速球磨15h，制备 纳米级Fe-Al-Mn-C复合粉体浆液，将制备得到的Fe-Al-Mn-C复合粉体浆液进行真空干燥， 制得纳米级Fe-Al-Mn-C复合粉体； b. Fe-Al-Mn-C合金成型： 将在所述步骤a中制备的纳米级Fe-Al-Mn-C复合粉体米用动磁压制成块状，然后米用 微波烧结炉，在烧结炉内还原气氛下低温度范围内进行烧结，所述还原保护性气体采用含 有体积比为1:1的氢气和氮气的混合气体，其工艺参数为:微波频率为2.45 GHz，温度为700 °C，烧结保温时间为6h，降温梯度为炉冷。氢气的流量为180mL/min。完成烧结后再降温后， 最后得到Fe-Al-Mn-C合金块材。
[0009] 将获得的Fe-Al-Mn-C合金块材进行性能测试及物相分析，实验检测结果参见表1。
[0010] 实施例二： 本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于： 在本实施例中，Fe-Al-Mn-C合金的制备方法，包括如下步骤： a. 纳米复合粉体的制备:取在无水乙醇介质中，加入铁粉、铝粉、锰粉、碳粉按质量比为 65:6: 28:0.8，再加入0. lwt. %的纳米铈粉，调整乙醇和纳米复合粉体原料的液固质量比为 85:15,配料完成后装入不锈钢球磨罐中，在高能球磨机上以300r/min的转速球磨15h，制备 纳米级Fe-Al-Mn-C复合粉体浆液，将制备得到的Fe-Al-Mn-C复合粉体浆液进行真空干燥， 制得纳米级Fe-Al-Mn-C复合粉体； b. Fe-Al-Mn-C合金成型： 将在所述步骤a中制备的纳米级Fe-Al-Mn-C复合粉体米用动磁压制成块状，然后米用 微波烧结炉，在烧结炉内还原气氛下低温度范围内进行烧结，所述还原保护性气体采用含 有体积比为1:1的氢气和氮气的混合气体，其工艺参数为:微波频率为2.45 GHz，温度为800 °C，烧结保温时间为5h，降温梯度为炉冷。氢气的流量为180mL/min。完成烧结后再降温后， 最后得到Fe-Al-Mn-C合金块材。
[0011] 将获得的Fe-Al-Mn-C合金块材进行性能测试及物相分析，实验检测结果参见表1。 [0012] 实施例三： 本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于： 在本实施例中，Fe-Al-Mn-C合金的制备方法，包括如下步骤： a. 纳米复合粉体的制备:取在无水乙醇介质中，加入铁粉、铝粉、锰粉、碳粉按质量比为 65:6:28:0.8，再加入0.15wt. %的纳米铈粉，调整乙醇和纳米复合粉体原料的液固质量比为 85:15,配料完成后装入不锈钢球磨罐中，在高能球磨机上以300r/min的转速球磨1