[发明专利]一种球状铁锆共晶高温合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种球状铁锆共晶高温合金，合金为由原子数百分比为8.8～10.8％的Zr和89.2～91.2％的Fe组成的直径为50～1500μm的规则圆球粒子，合金的凝固组织为球状共晶胞组织和辐射状的层片共晶组织，组织形貌新颖；本发明还保护上述球状铁锆共晶高温合金的制备方法，采用落管无容器快速凝固技术，通过配样、熔样和粒子成型的步骤制备球状铁锆共晶高温合金。本发明球状铁锆共晶高温合金组织均匀、形状规则、体积小；同时该合金由α‑Fe相与Fe₂Zr相组成，显微组织呈层片状，具有耐高温、高硬度等性能，具有广阔应用前景。

技术领域

本发明涉及共晶高温合金技术领域，具体为一种球状铁锆共晶高温合金及其制备方法。

背景技术

作为优异的结构与功能材料，Fe-Zr共晶高温合金具有重要的应用价值。铁锆共晶合金由α-Fe相与Fe₂Zr相组成，共晶组织由于纳米级的层片厚度及层片叠加的结构从而具有优异的力学性能。通常条件下，冷却速率的增加致使层片细化，特殊的温度场与溶质浓度场能够获得新颖的凝固组织形貌。α-Fe相属于置换固溶体，在Fe的体心立方晶格中置换固溶原子半径稍大的Zr原子，晶格畸变使α-Fe相具有高的硬度。Fe₂Zr相为Laves相，Laves相作为未来潜在的超高温结构材料之一成为人们竞相研究的热点，这类材料不仅具有高的熔点而且具有较强的高温抗氧化与抗蠕变性能。

球状颗粒材料作为新型材料的一种，在环境污染治理、信息安全、先进材料成型等多个领域被广泛应用。但仍有很多问题制约了材料的使用，首先是材料自身性能存在短板，例如强度低、脆性大、高温稳定性差等，其次，常规的制造技术具有局限性，例如制造的颗粒材料成分不均匀、形状不规则等。因此，设计新型球状颗粒材料成分及其制造方法从而综合提高性能成为了新的材料研发方向。

铁锆共晶高温合金是较廉价、发展前景较广阔的铁基共晶高温合金之一，具有抗氧化性好、耐磨性高的优点，可用作细分处理设备中研磨介质和填充材料使用。目前生产和生活中广泛使用的合金材料大多通过纯金属按一定的配比熔融铸造得到，这种方法得到的凝固组织存在很多缺陷，例如，组织中出现偏析、裂纹、夹砂等，不仅制造工艺繁琐而且不利于颗粒材料制造。而且铁锆共晶高温合金熔点为1578K，材料制备所需温度较高，在较高温度下纯锆化学性质活泼易氧化，所以铁锆合金熔融制造难度较大。

并且，目前已有的技术很难做出组织成分均匀、性能优异、纯度高的规则圆球状铁锆共晶高温合金。虽然Sooraj等通过机械合金化后退火的方法制备了Fe-xZr(x＝0.25,0.5,1％)颗粒材料，但颗粒形状多为椭圆形；机械合金化这种方法虽然工艺操作简单但容易引入杂质元素，得到的组织成分不均匀。

相比于上述方法，深过冷无容器快速凝固技术能够克服材料在凝固时出现偏析，在不与容器壁接触的条件下实现快速凝固。落管无容器技术作为深过冷快速凝固技术之一，具有微重力、无容器、高真空的特点，在材料凝固机理等前沿科学问题的解决中发挥着重要作用，该技术能够模拟空间环境，为制备具有优异性能的新型材料和改善现有材料的性能提供了新的技术途径。但是，落管无容器技术对材料制备工艺参数和制造环境十分敏感。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足并提出一种新颖的共晶组织形貌，提供一种球状铁锆共晶高温合金及其制备方法，本发明采用落管无容器快速凝固技术，改善凝固环境，获得了新颖的共晶凝固组织形貌，实现铁锆共晶高温合金快速无容器凝固，通过配样、熔样和粒子成型的步骤制备得到由α-Fe相与Fe₂Zr相组成，直径为50μm至1500μm的规则圆球状铁锆共晶高温合金。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种球状铁锆共晶高温合金，所述合金凝固组织为共晶组织，所述合金是粒径为50μm～1500μm的规则圆球粒子，由以下原子数百分比的原料组成：

8.8～10.8％的Zr和89.2～91.2％的Fe；