專(zhuān)利名稱(chēng)：塊體納米Fe的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
Fe3Al金屬間化合物在高溫條件下具有優(yōu)良的抗硫蝕、腐蝕和氧化性能，并且具有低密度和低的原料成本，被認(rèn)為是一種優(yōu)良的高溫結(jié)構(gòu)材料，也是較好的不銹鋼和高溫合金鋼的替代材料，另外這種材料具有優(yōu)良的抗磨損性能，因而也是一種好的抗磨材料，但其室溫脆性一直干擾著其應(yīng)用，納米化后其韌性將較大幅度提高同時(shí)其它力學(xué)性能也可大幅提升，將較大地推進(jìn)其應(yīng)用范圍。目前塊體納米Fe3Al金屬間化合物主要采用納米粉體的熱壓或冷壓成形，這種方法工藝復(fù)雜、設(shè)備復(fù)雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在制備工藝復(fù)雜、設(shè)備復(fù)雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高的不足，而提供一種塊體納米Fe3Al金屬間化合物的制備方法。
本發(fā)明公開(kāi)了一種低能耗、快速，采用簡(jiǎn)單設(shè)備的燃燒合成方法。
本發(fā)明從原料出發(fā)通過(guò)材料合成路線(xiàn)的設(shè)計(jì)，利用鋁熱還原反應(yīng)的高放熱量使得產(chǎn)物熔化和純化并且根據(jù)產(chǎn)物間的密度差迅速完成材料的合成及其與雜質(zhì)的分離，聯(lián)用快速凝固技術(shù)制得塊體納米Fe3Al材料，本方法可以一步合成產(chǎn)物并實(shí)現(xiàn)納米化和致密化。
塊體納米Fe3Al金屬間化合物材料的制備方法，該方法包括按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為三氧化二鐵67-70％和鋁30-33％的比例，稱(chēng)取三氧化二鐵粉以及鋁粉，經(jīng)過(guò)球磨機(jī)混合后得到粉狀反應(yīng)物，用40-60MPa的壓力將反應(yīng)物在金屬模具中壓成反應(yīng)胚體；將裝有反應(yīng)胚體的模具置于反應(yīng)容器中，用惰性氣體吹掃反應(yīng)容器以排除其中的空氣，將反應(yīng)物料胚體加熱到200-230℃，并在此溫度保溫20分鐘以上，從容器中排除從反應(yīng)物料表面脫附的氣體，再通入4-8MPa惰性氣體，將反應(yīng)胚體繼續(xù)加熱到250-280℃，在此溫度范圍通過(guò)引燃劑引發(fā)反應(yīng)，引燃劑是由硫酸鉀、鎂粉、二氧化錳組成的混合物。
材料隨反應(yīng)容器冷卻至室溫，至室溫后從容器中取出材料，去除材料表面副產(chǎn)物。制備的塊體納米Fe3Al金屬間化合物經(jīng)納米表征手段觀察、分析、獲得平均晶粒尺寸小于10nm的塊體納米Fe3Al材料。材料厚度方向大約5mm，而其它方向不受限制。
本發(fā)明的引燃劑由硫酸鉀、鎂粉、二氧化錳組成的混合物，硫酸鉀、鎂粉、二氧化錳的質(zhì)量比1∶1.3-2.2∶0.6-1.8。
引燃劑占總反應(yīng)物的重量百分含量的3-10％。
采用排水法進(jìn)行密度測(cè)試，材料相對(duì)密度大于97.5％。硬度測(cè)定條件為，載荷300g，加載持續(xù)時(shí)間5s。采用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)測(cè)定了材料的抗彎強(qiáng)度，試樣尺寸為30×3×3mm，跨距為25mm，壓頭下移速度為0.5mm/min。壓縮強(qiáng)度試樣尺寸為φ3mm×3mm，壓頭下移速度為0.06mm/min。
材料硬度為3.3-3.5GPa，抗彎強(qiáng)度為900-1100MPa，壓縮屈服強(qiáng)度約為1000MPa，壓縮相對(duì)斷面擴(kuò)脹率大于200％。本發(fā)明制備的材料性能的離散度不大于10％，材料性能重現(xiàn)性好。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1按配方稱(chēng)取質(zhì)量百分含量為三氧化二鐵69，鋁31的粉狀反應(yīng)物料球磨干混合8小時(shí)，物料堆放于金屬模具中的金屬底材上應(yīng)用40MPa壓力壓為反應(yīng)胚體。將裝有反應(yīng)胚體的金屬模具置于反應(yīng)容器中，用惰性氣體吹洗反應(yīng)容器，將反應(yīng)物料胚體加熱到210℃，并在此溫度保溫20分鐘。然后從容器中排出從反應(yīng)物料表面脫附的氣體，然后通入5MPa惰性氣體，將物料胚體繼續(xù)加熱到260℃，并在此溫度下通過(guò)引燃劑引發(fā)反應(yīng)，反應(yīng)將在數(shù)秒完成。引燃劑占總反應(yīng)物料的質(zhì)量百分含量的5％，其中硫酸鉀、鎂粉、二氧化錳的質(zhì)量比為1.5∶2∶1。反應(yīng)完成后所制備的材料隨反應(yīng)容器冷卻至室溫，取出產(chǎn)物將表面雜質(zhì)手工去除，制得塊體納米Fe3Al材料。
實(shí)施例2按配方三氧化二鐵67.0％，鋁33％配制反應(yīng)物料。材料其他制備過(guò)程及工藝同實(shí)施例1。引燃劑占總反應(yīng)物料的8％，其中硫酸鉀、鎂粉、二氧化錳的質(zhì)量比為1.5∶2.5∶1.5。
實(shí)施例3按配方三氧化二鐵68％，鋁32％配制反應(yīng)物料。材料其他制備過(guò)程及工藝同實(shí)施例1。引燃劑占總反應(yīng)物料的10％，其中硫酸鉀、鎂粉、二氧化錳的質(zhì)量比1∶2∶1.5。
權(quán)利要求
1.一種塊體納米Fe3Al金屬間化合物的制備方法，其特征在于該方法包括按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為三氧化二鐵67-70％和鋁30-33％的比例，稱(chēng)取三氧化二鐵粉以及鋁粉，經(jīng)過(guò)球磨機(jī)混合后得到粉狀反應(yīng)物，用40-60MPa的壓力將反應(yīng)物在金屬模具中壓成反應(yīng)胚體；將裝有反應(yīng)胚體的模具置于反應(yīng)容器中，用惰性氣體吹掃反應(yīng)容器以排除其中的空氣，將反應(yīng)物料胚體加熱到200-230℃，并在此溫度保溫20分鐘以上，從容器中排除從反應(yīng)物料表面脫附的氣體，再通入4-8MPa惰性氣體，將反應(yīng)胚體繼續(xù)加熱到250-280℃，在此溫度范圍通過(guò)引燃劑引發(fā)反應(yīng)，引燃劑是由硫酸鉀、鎂粉、二氧化錳組成的混合物。
2.如權(quán)利要求1所說(shuō)的方法，其特征在于引燃劑中硫酸鉀、鎂粉、二氧化錳的質(zhì)量比1∶1.3-2.2∶0.6-1.8。
3.如權(quán)利要求1所說(shuō)的方法，其特征在于引燃劑占總反應(yīng)物的重量百分含量的3-10％。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種塊體納米Fe
文檔編號(hào)C22C1/04GK1614050SQ200310113958
公開(kāi)日2005年5月11日 申請(qǐng)日期2003年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月5日
發(fā)明者喇培清, 楊軍, 劉維民, 馬吉強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所