专利名称：Fe-Al-Cr块体纳米晶材料及其制备方法
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IOOnm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A1 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°C时再次排气，然后通入SMPa的氩气继续升高容器温度；当 容器内温度达到260°C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°c )，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JE0L-2010透射电镜观察，最高加速电压200kv，放大倍数IOOk倍，晶格分辨率 0.194nm。
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上述的这些性能指数都是严格按照国家标准来执行的。
具体实施例方式实施例1:按Al 31%, Fe2O3 65%, Cr 3%的比例准备原料，原料为粉末状。其制备方法为 将称好的粉末在行星式球磨机中混合16小时，然后将混合好的反应物料置于配有铜底材 的铜模具中并用压力机在60MPa的压力下压实，在其表面放上引燃剂，然后在铝热反应容 器中进行反应，室温下用氩气吹扫反应容器排除其中的空气，等到容器温度升至180°C时再 次排气，然后通入SMPa的氩气继续升高容器温度。当容器内温度达到260°C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。反应在几秒钟时间内完成， 生成的产物在氩气保护下随炉冷却至室温制得合金。得到的合金成份为(质量百分数)， A114%,Fe 82%,Cr 5%.性能数据硬度(HV) :252，屈服强度ο Q 2 = 806Mpa，晶粒尺寸 35. lnm。实施例2:按Al 28%,Fe2O3 61%,Cr 6%的比例准备原料，原料为粉末状。称取相应的质量， 将称好的粉末在行星式球磨机中混合16小时，在其表面放上引燃剂，然后将混合好的反应 物料置于配有铜底材的铜模具中并用压力机在60MPa的压力下压实，在铝热反应容器中进 行反应，室温下用氩气吹扫反应容器排除其中的空气，等到容器温度升至180°C时再次排 气，然后通入SMPa的氩气继续升高容器温度。当容器内温度达到260°C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。反应在几秒钟时间内完成，生成的产 物在氩气保护下随炉冷却至室温制得合金。得到的合金成份为(质量百分数)，A112%，Fe 78%, Cr 10%。性能数据硬度(HV) :205，屈服强度σ Q 2 = 790Mpa,晶粒尺寸22. 8nm。实施例3:按Al 26%,Fe2O3 57%,Cr 8%的比例准备原料，原料为粉末状。称取相应的质量， 将称好的粉末在行星式球磨机中混合16小时，在其表面放上引燃剂，然后将混合好的反应 物料置于配有铜底材的铜模具中并用压力机在60MPa的压力下压实，在铝热反应容器中进 行反应，室温下用氩气吹扫反应容器排除其中的空气，等到容器温度升至180°C时再次排 气，然后通入SMPa的氩气继续升高容器温度。当容器内温度达到260°C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。反应在几秒钟时间内完成，生成的产 物在氩气保护下随炉冷却至室温制得合金。得到的合金成份为(质量百分数)，Alll%，Fe73%, Cr 15%。性能数据硬度(HV) :269，屈服强度σ 0 2 = 820Mpa,晶粒尺寸62. 7nm.
权利要求
Fe-Al-Cr块体纳米晶材料，按质量百分数计，其组分为Al 11～14％，Fe73～82％，Cr 5～15％。
2.Fe-Al-Cr块体纳米晶材料的制备方法，按按Al 26 31%，Fe20357 65%，Cr 3 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°C时再次排气，然后通入SMPa的氩气继续升高容器温度；当 容器内温度达到260°C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。
全文摘要
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Al9.8～14％，Fe 60～85％，Cr 0～30％，其制备方法为，按以上所述称取相应的组分，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。
文档编号C22C1/05GK101818307SQ200910022138
公开日2010年9月1日 申请日期2009年4月3日 优先权日2009年4月3日
发明者喇培清, 程春杰, 赵阳 申请人:兰州理工大学