一种铁基多孔非晶合金以及制备方法与流程

本发明涉及一种铁基多孔非晶合金以及制备方法，属于复合材料制备技术领域。

背景技术：

铁基多孔材料，又称为铁基泡沫材料，是一种新近发展起来的多功能泡沫金属材料。由于铁基泡沫材料的抗压缩性能、能量吸收性能及耐高温性能等都优于泡沫铝等低熔点泡沫金属材料，所以它在汽车制造、船舶制造、高层建筑、桥梁及交通运输等领域均有着更广阔的应用前景。由于发泡过程的高温、不可见等难点，所以铁基泡沫的研究仍处于制备工艺研究阶段，国内外有关铁基泡沫金属材料的研究报道很少。由于铁基金属材料是金属材料中产量最大、应用最广的结构材料，因此铁基多孔金属材料在未来的研究开发上还存在较大的空间，对铁基多孔金属材料的研究将成为未来多孔金属材料的研究重点之一。

铁基非晶合金是综合性能最为优异的金属磁性功能材料，广泛应用于电力、电子信息、新能源汽车等行业，满足我国节能减排的重大需求。非晶软磁合金是采用冶金最短流程绿色制造技术，并与配电变压器节能绿色应用相结合的新一代“双绿色”高效节能材料。因此，非晶软磁合金材料在电力系统的推广使用、非晶配电变压器和非晶高效电机新兴产业链的培育发展，将成为电力系统节能新材料战略产业发展新的亮点。

多孔非晶合金是结合多孔材料与非晶合金两者优点而发展起来的一类新型结构材料，实现了轻质与强韧的完美结合。现阶段在铁基多孔材料方面已经取得了一定的进展，可以稳定的获得铁基泡沫；但目前并没有制备出高强度fe73-xcrxmo20b4c3多孔非晶复合材料。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种铁基多孔非晶合金以及制备方法。本发明制备的铁基多孔非晶复合材料具有高强度和高硬度。本发明通过以下技术方案实现。

一种铁基多孔非晶合金，该合金成分原子结构式为fe73-xcrxmo20b4c3，其中x为20~30。

一种铁基多孔非晶合金的制备方法，其步骤包括：

步骤1、将fe、cr、mo、b、c分别清理干净后按照结构式fe73-xcrxmo20b4c3配料，然后将配料放入真空电弧熔炼炉进行熔炼，待合金锭冷却后，将合金锭进行翻转，重新熔融，重复至少4次得到母合金；

步骤2、将步骤1得到母合金重熔后，通过铜模吸铸成块状fe73-xcrxmo20b4c3非晶复合材料；

步骤3、将步骤2得到的块状fe73-xcrxmo20b4c3非晶复合材料机械粉碎后球磨为fe73-xcrxmo20b4c3非晶粉末；

步骤4、将步骤3得到的fe73-xcrxmo20b4c3非晶粉末通过放电等离子烧结得到fe73-xcrxmo20b4c3铁基多孔非晶复合合金。

所述步骤1中真空电弧熔炼炉抽至真空度5×10^-5pa，然后再充纯度为99.9999%的ar气至一个大气压。

所述步骤3中球磨过程为：氩气气氛，磨球为不锈钢球，球料比为10~20:1；球磨转速为250~350r/min，并设置为顺时针转10~20min后再逆时针转10~20min，每工作1~2h后停机，停机时间为工作时间的一半，且待球磨机工作10~15h后加入硬脂酸过程控制剂，硬脂酸与块状fe73-xcrxmo20b4c3非晶复合材料质量比为1~1.5:50，总共球磨180~200h。

所述步骤4中放电等离子烧结具体过程为：在700~800a直流脉冲电流下，在压力为30~40mpa条件下，以100~120℃/min升温速率至550~580℃，保温5~10min得到fe73-xcrxmo20b4c3铁基多孔非晶复合合金。

本发明的有益效果是：

本发明提出了一种高强度铁基多孔非晶复合材料及制备方法，该高强度铁基多孔非晶复合材料的原子特征比为fe73-xcrxmo20b4c3，利用放电等离子烧结法制得的fe73-xcrxmo20b4c3多孔非晶复合材料不仅具有非晶本身的优异的力学性能，例如高的断裂强度、高的硬度等，而且克服非晶的低韧性和低塑性等缺陷，在室温变形过程中具有较好的塑性。

附图说明

图1为实施例1制备得到的fe48cr25mo20b4c3铁基多孔非晶复合合金的光镜图（om）；

图2为实施例1制备得到的fe48cr25mo20b4c3铁基多孔非晶复合合金的xrd衍射图；

图3为实施例1制备得到的fe48cr25mo20b4c3铁基多孔非晶复合合金的dsc曲线图；

图4为实施例1制备得到的fe48cr25mo20b4c3铁基多孔非晶复合合金的室温力学压缩应力应变曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

实施例1

该铁基多孔非晶合金，该合金成分原子结构式为fe73-xcrxmo20b4c3，其中x为25。

该铁基多孔非晶合金的制备方法，其步骤包括：

步骤1、将fe、cr、mo、b、c分别清理干净（经超声波清洗）后按照结构式fe48cr25mo20b4c3配料，然后将配料放入真空电弧熔炼炉进行熔炼，熔炼具体过程为：真空电弧熔炼炉抽至真空度5×10^-5pa，然后再充纯度为99.9999%的ar气至一个大气压，加热至所配制的合金熔点以上（1400℃），熔炼电流为250a，熔炼时间为60s，待合金锭冷却后，将合金锭进行翻转，重新熔融，重复4次得到母合金；

步骤2、将步骤1得到母合金重熔（1400℃）后，通过铜模吸铸成长为70mm、直径为8mm块状fe48cr25mo20b4c3非晶复合材料；

步骤3、将步骤2得到的块状fe48cr25mo20b4c3非晶复合材料机械粉碎后球磨为fe48cr25mo20b4c3非晶粉末；其中球磨过程为：氩气气氛，磨球为不锈钢球，球料比为20:1；球磨转速为300r/min，并设置为顺时针转20min后再逆时针转20min，每工作2h后停机，停机时间为工作时间的一半，且待球磨机工作10h后加入硬脂酸过程控制剂，硬脂酸与块状fe48cr25mo20b4c3非晶复合材料质量比为1:50，总共球磨180h；

步骤4、将步骤3得到的fe48cr25mo20b4c3非晶粉末通过放电等离子烧结得到fe48cr25mo20b4c3铁基多孔非晶复合合金；其中放电等离子烧结具体过程为：在700a直流脉冲电流下，在压力为40mpa条件下，以100℃/min升温速率至580℃，保温10min得到直径为20mm的fe48cr25mo20b4c3铁基多孔非晶复合合金。

本实施例制备得到的fe48cr25mo20b4c3铁基多孔非晶复合合金光镜图如图1所示，从图1中可以看出fe48cr25mo20b4c3铁基多孔非晶复合合金具有多孔结构。

本实施例制备得到的fe48cr25mo20b4c3铁基多孔非晶复合合金xrd衍射图如图2所示，由图2可以看出并没有明显的衍射峰，只有在30°~50°有明显的非晶散射峰，说明该fe48cr25mo20b4c3铁基多孔非晶复合合金没有发生晶化现象。

制备得到的fe48cr25mo20b4c3铁基多孔非晶复合合金的dsc曲线图如3所示，可以从图3中看出玻璃化转变温度tg为560.6℃，晶化温度tx为606.1℃，说明该fe48cr25mo20b4c3铁基多孔非晶复合合金的过冷液相区约为δt=tx-tg=45.5℃，具有明显的非晶特征。

制备得到的fe48cr25mo20b4c3铁基多孔非晶复合合金的室温力学压缩应力应变曲线图如图4所示，由图4可以看出该合金的压缩强度为2.5gpa，压缩率为14.9%，明显高于非晶合金。

实施例2

该铁基多孔非晶合金，该合金成分原子结构式为fe73-xcrxmo20b4c3，其中x为30。

该铁基多孔非晶合金的制备方法，其步骤包括：

步骤1、将fe、cr、mo、b、c分别清理干净（经超声波清洗）后按照结构式fe43cr30mo20b4c3配料，然后将配料放入真空电弧熔炼炉进行熔炼，熔炼具体过程为：真空电弧熔炼炉抽至真空度5×10^-5pa，然后再充纯度为99.9999%的ar气至一个大气压，加热至所配制的合金熔点以上（1400℃），熔炼电流为250a，熔炼时间为60s，待合金锭冷却后，将合金锭进行翻转，重新熔融，重复5次得到母合金；

步骤2、将步骤1得到母合金重熔（1400℃）后，通过铜模吸铸成长为70mm、直径为8mm块状fe43cr30mo20b4c3非晶复合材料；

步骤3、将步骤2得到的块状fe43cr30mo20b4c3非晶复合材料机械粉碎后球磨为fe43cr30mo20b4c3非晶粉末；其中球磨过程为：氩气气氛，磨球为不锈钢球，球料比为10:1；球磨转速为350r/min，并设置为顺时针转10min后再逆时针转10min，每工作1h后停机，停机时间为工作时间的一半，且待球磨机工作15h后加入硬脂酸过程控制剂，硬脂酸与块状fe43cr30mo20b4c3非晶复合材料质量比为1.5:50，总共球磨200h；

步骤4、将步骤3得到的fe43cr30mo20b4c3非晶粉末通过放电等离子烧结得到fe43cr30mo20b4c3铁基多孔非晶复合合金；其中放电等离子烧结具体过程为：在800a直流脉冲电流下，在压力为30mpa条件下，以120℃/min升温速率至550℃，保温5min得到直径为φ20mm的fe43cr30mo20b4c3铁基多孔非晶复合合金。

实施例3

该铁基多孔非晶合金，该合金成分原子结构式为fe63cr10mo20b4c3，其中x为10。

该铁基多孔非晶合金的制备方法，其步骤包括：

步骤1、将fe、cr、mo、b、c分别清理干净（经超声波清洗）后按照结构式fe63cr10mo20b4c3配料，然后将配料放入真空电弧熔炼炉进行熔炼，熔炼具体过程为：真空电弧熔炼炉抽至真空度5×10^-5pa，然后再充纯度为99.9999%的ar气至一个大气压，加热至所配制的合金熔点以上（1400℃），熔炼电流为250a，熔炼时间为60s，待合金锭冷却后，将合金锭进行翻转，重新熔融，重复5次得到母合金；

步骤2、将步骤1得到母合金重熔（1400℃）后，通过铜模吸铸成长为70mm、直径为φ8mm块状fe63cr10mo20b4c3非晶复合材料；

步骤3、将步骤2得到的块状fe63cr10mo20b4c3非晶复合材料机械粉碎后球磨为fe63cr10mo20b4c3非晶粉末；其中球磨过程为：氩气气氛，磨球为不锈钢球，球料比为15:1；球磨转速为250r/min，并设置为顺时针转15min后再逆时针转15min，每工作1.5h后停机，停机时间为工作时间的一半，且待球磨机工作12h后加入硬脂酸过程控制剂，硬脂酸与块状fe63cr10mo20b4c3非晶复合材料质量比为1.2:50，总共球磨190h；

步骤4、将步骤3得到的fe63cr10mo20b4c3非晶粉末通过放电等离子烧结得到fe63cr10mo20b4c3铁基多孔非晶复合合金；其中放电等离子烧结具体过程为：在750a直流脉冲电流下，在压力为35mpa条件下，以110℃/min升温速率至550℃，保温8min得到φ20直径为20mm的fe63cr10mo20b4c3铁基多孔非晶复合合金。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。