[发明专利]一种Fe-Al-Ta复合材料的电子束悬浮区域熔炼定向凝固制备方法

说明书

一种Fe‑Al‑Ta复合材料的电子束悬浮区域熔炼定向凝固制备方法，在Fe‑Al间金属化合物中加入微量的具有强延展性的难熔金属Ta，配制共晶合金或者非共晶合金，通过共晶反应获得Fe(Al，Ta)/Fe₂Ta(Al)共晶复合材料或者Fe‑Al‑Ta非共晶复合材料，其中的Laves相Fe₂Ta(Al)具有六方C14结构(熔点＞1700℃)，在温度高于1000℃时有很高的强度，基体相Fe(Al，Ta)与Laves相Fe₂Ta(Al)从熔体中同时共生复合，从而改善材料的脆性并提高材料强度，本发明不仅为Laves相合金成分设计和新型高温结构材料的研发提供理论依据，而且对拓展电子束区熔定向凝固技术的应用具有重要的学术价值。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及对Fe-Al金属间化合物脆性的改善，特别涉及一种Fe-Al-Ta复合材料的电子束悬浮区域熔炼定向凝固制备方法。

背景技术

金属间化合物除了金属键外，还有一部分共价键，兼有金属的较好塑性和陶瓷的良好高温强度，是一类极具潜力的高温结构材料。Fe-Al金属间化合物(Fe₃Al、FeAl、FeAl₂、Fe₂Al₅及FeAl₃)是最为典型的代表之一，原材料采用Fe和Al两种基本的自然元素，价格低廉；另外Fe-Al间金属化合物具有长程有序的晶体结构，原子间的结合既有金属键，又有共价键和离子键，独特的多键态结构决定了其特殊的性能：具有较低的密度、抗氧化性优于不锈钢、耐热腐蚀优于镍基合金、较高的高温强度和抗蠕变性能、耐高温腐蚀磨损、高电阻等。然而，该材料的拉伸延伸率只有2％-3％，远低于不锈钢、耐热钢等常用高温结构材料，并且可加工性能差，阻碍了其作为高温结构材料在工业生产中的大规模应用。

布里奇曼法(Bridgman)是一种常见的晶体生长法，Bridgman法具有技术成熟、结晶过程稳的特点，但是Bridgman技术的凝固速率为2-15cm/h，相对较低，这就使得凝固组织无法进一步细化；Bridgman技术的温度梯度也较低，约为45K/cm，较低的温度梯度也严重制约了组织控制和性能提高。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种Fe-Al-Ta复合材料的电子束悬浮区域熔炼定向凝固制备方法，通过提高定向凝固固液界面前沿的温度梯度，使其在较宽的凝固速率范围内保持平界面，从而获得组织细化、定向效果好且性能优异的共晶自生复合材料。具体地，针对Fe-Al间金属化合物的脆性改善技术相对比较滞后的问题，通过添加微量的Ta元素，采用高温度梯度的电子束区熔定向凝固技术，控制凝固过程，制取组织超细化、相均匀分布、取向精度高的有序Laves相Fe₂Ta(Al)强化的Fe(Al,Ta)/Fe₂Ta(Al)复合材料，从而使材料的综合力学性能提高，有效克服了Fe-Al间金属化合物的性能缺陷和制备方法不足的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种Fe-Al-Ta复合材料的电子束悬浮区域熔炼定向凝固制备方法，在Fe-Al间金属化合物中加入微量的具有强延展性的难熔金属Ta(7at.％～9at.％)，配制共晶合金或者非共晶合金，通过共晶反应获得Fe(Al,Ta)/Fe₂Ta(Al)共晶复合材料或者Fe-Al-Ta非共晶复合材料，其中的Laves相Fe₂Ta(Al)具有六方C14结构(熔点>1700℃)，在温度高于1000℃时有很高的强度，基体相Fe(Al,Ta)与Laves相Fe₂Ta(Al)从熔体中同时共生复合，从而改善材料的脆性并提高材料强度。

上述的Fe(Al,Ta)/Fe₂Ta(Al)共晶复合材料或者Fe-Al-Ta非共晶复合材料均属于本发明目标产物Fe-Al-Ta复合材料。