FeAl基复合材料的原位反应合成及其性能研究.pdf

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1、陵压料技大学论文题目：FeAI基复合材料的原位反应合成及其性能研究申请学位学科：工学所学学科专业：材料学培养单位：材料科学与工程学院硕士生：马齐导师：王芬2014年5月INSITUREACTIoNSYNTHESISANDPRoPERTIESoFFeAlBASEDCOMPOSITESAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringS

2、cience．ByQiMaSupervisor：Prof．FenWangMay2014FeAI基复合材料的原位反应合成及其性能研究摘要FeAl金属间化合物因其拥有较高的比强度和比模量、原料成本低廉、密度低以及高温下抗氧化和抗硫化性能好等优点，是一种非常有潜力的高温轻质结构材料，从而在航空航天、汽车制造业、石油化工等领域应用前景非常广阔。然而FeAl金属间化合物材料还存在多方面的不足，如室温脆性较大，高温环境中强度较低，这严重限制其在其他顶尖行业的应用，解决这一问题的一种可能方法是研究开发FeAl基陶瓷增强复合材料。本文利用Fe和A

3、l粉通过真空热压烧结制备了FeAl金属间化合物；利用Fe—AI．Fe203体系的放热反应，原位热压合成了A120a／FeAl复合材料；利用Fe．Al—A1203体系真空热压烧结制备了A1203／FeAl复合材料。在对产物性能研究过程中利用x．射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)结合能谱色谱仪(EDS)等方法详细地研究不同体系的物相组成及反应过程，并研究了A1203不同添加方式及含量对复合材料的微观组织结构变化、晶粒大小和力学性能的影响，同时对材料的密度、维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度等物理力学性能进行了测试，同时讨论了复

4、合材料的断裂机制及强韧化机理。各体系均经1250℃烧结并保温1．5h，所合成产物的XRD结果表明：Fe．Al体系通过热压烧结所得产物主要物相为FeAI相。Fe．Al—Fe203体系通过反应合成和Fe．A1一A1203体系经热压烧结所得产物均主要由FeAl基体相和A1203增强相构成。微观结构分析表明：利用Fe和Al粉通过真空热压烧结制备的FeAl金属间化合物基体为片层结构，含有少量A1203相。Fe—A1一Fe203体系通过反应合成的材料基体也为片层状，增强相A1203分散在基体和晶界处，随着增强相A120s生成量的增加，颗粒逐渐

5、增多，阻止基体颗粒的长大，基体晶粒得到细化。当生成量超过一定比例时，则会导致第二相粒子陶瓷颗粒出现一定的团聚现象。材料的断裂方式为解理断裂和沿晶断裂。材料重要的增强增韧机制为第二相强化、细晶韧化、裂纹的偏转与桥联和残余应力场增韧等。物理及机械力学性能测试结果表明：体系中随着增强相生成量的增多，试样的密度值的变化趋势逐渐变小，硬度的变化趋势逐渐增大；而抗弯强度和断裂韧性呈峰值变化，在A1203含量为1．2wt％时，试样的抗弯强度达到最大值1329．22MPa，在A1203含量为O．8wt％时，试样的断裂韧性达到最大值29．95MPa

6、·ml／2。相对于不含增强相的FeAl金属间化合物的抗弯强度(1279．96MPa)和断裂韧性(24．80MPa·mI72)，其力学性能得到了明显的改善关键词：FeAl基复合材料，原位反应，微观结构，力学性能INSITUREACTIoNSYNTHESISANDRoPERTIESoFFeAlBASEDCOMPOSITESABSTRACTFeAlintermetalliccompoundsexhibitsattractiveproperties，suchashighspecificstrengthandmodulus，cheapraw

7、materials，lowdensity，excellentsulfidationresistanceandresistancetooxidationinhightemperature．Duetotheaboveoutstandingfeatures，ithasgreatpotentialforparticularapplicationinaerospace，automobilemanufacturing，petrochemicalandotherfields．However，FeAlcompositeuseinsophistic

8、atedindustryisstilllimitedbecauseofthehigherbrittlenessatroomtemperatureandlowstrengthinhighertemperature，apossiblewaytosolv