[发明专利]利用放电等离子烧结法制备致密铁铝合金的方法

说明书

 

技术领域

本发明属于合金材料制备技术领域，尤其涉及一种利用放电等离子烧结法制备致密铁铝合金的方法。

背景技术

铁铝金属间化合物具有优良的抗氧化和抗硫化性能、多种介质中的抗腐蚀性和较高的高温强度，密度低，不含贵重合金元素，成本较低，是一种潜在的高温结构材料。它用途广泛，且有着巨大的潜力，在航天、航空、汽车工业以及军事领域，极具应用前景，现今国外已经将其成功的应用到压气机叶片和导弹的外壳上面。

但是，妨碍铁铝合金成为具有实用价值的工程材料的原因是其室温下的低塑性（伸长率1%~4%）和低抗断裂抗力，以及高于600℃时的低高温强度和低蠕变强度。其中改善铁铝合金室温塑性一直是铁铝合金技术领域科研工作者关注的焦点。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种利用放电等离子烧结法制备致密铁铝合金的方法，采用该方法制备的铁铝合金室温塑性得到显著改善。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

利用放电等离子烧结法制备致密铁铝合金的方法，包括步骤：

步骤1，混合铁粉和铝粉得到混合粉末，铁粉和铝粉的摩尔比为1：（0.34~0.45）；

步骤2，采用行星球磨设备对混合粉末在惰性气氛中进行机械球磨，球磨介质和混合粉末质量比为（12~15）：1，转速为（150~200）转/分钟，球磨时间为25~50小时；

步骤3，采用放电等离子烧结法对球磨后的混合粉末进行烧结，烧结过程中施加（40~50）MPa的轴向压力，烧结温度为800~1100℃，烧结时间为10~15min。

作为优选，上述铁粉纯度≥99.5%，粒度为40μm。

作为优选，上述铝粉纯度≥99.6%，粒度为30μm。

作为优选，上述球磨介质为不锈钢球。

 

放电等离子烧结是一种新型的材料烧结技术，其主要特点是利用体加热和表面活化实现材料的超快速致密化烧结。因其具有非常高的热效率，可在相当快的时间内使被烧结体达到致密，对于烧结难烧结材料有其独特的优势。

本发明利用机械活化－放电等离子烧结法（MASPS）实现了铁铝合金的超快速烧结。首先，采用高能球磨法对铁粉和铝粉的混合粉末进行机械活化；然后，采用放电等离子烧结法（Spark Plasma Sintering，简称SPS）对机械活化后的粉末进行烧结合成。

和现有技术相比，本发明具有如下特点和有益效果：

1、实现了铁铝合金的超快速烧结，且可制备晶粒细、致密度高的合金材料，从而使铁铝合金室温塑性得到改善。

2、工艺简单、容易操作，具有良好的产业化前景。

具体实施方式

下面将结合实施例进一步说明本发明。

实施例

第一步：将纯度≥99.5%、粒度40μm的铁粉和纯度≥99.6%、粒度30μm的铝粉按1：（0.34~0.45）的摩尔比进行混合。

第二步：采用变频式行星球磨机对混合粉末进行机械球磨，球磨介质采用不锈钢球，球磨过程以氩气作为保护气氛，球磨介质和混合粉末质量比为（12~15）：1，转速为（150~200）转/分钟，球磨时间为25~50小时。

第三步：将经球磨活化的混合粉末装入石墨模具，再置于放电等离子烧结机中进行烧结，烧结过程中施加（40~50）MPa的轴向压力为，烧结温度为800~1100℃，烧结时间为10~15min。

本实施例制备的铁铝合金具有优良的机械性能，晶粒度15μm，硬度1200HV，致密度98.6%；室温塑性6%（伸长率），而传统方法制备的铁铝合金室温塑性为1%~4%。