Fe-Al-Mn-Si合金的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種Fe-Al-Mn-Si合金的制備方法，綜合利用納米材料制備方法、粉末冶金工藝及壓制與燒結(jié)工藝，通過機(jī)械研磨法制備納米級(jí)Fe-Al-Mn-Si復(fù)合粉體，將該納米粉體擠壓成塊狀，并在氫氣氣氛下較低溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)Fe-Al-Mn-Si合金化，得到Fe-Al-Mn-Si塊狀合金。運(yùn)用納米技術(shù)制備的Fe-Al-Mn-Si合金的晶粒得到細(xì)化，細(xì)小的彌散相分布也更加均勻，并且有效地降低了粉末的氧化。本發(fā)明專利技術(shù)所得的Fe-Al-Mn-Si合金的晶粒得到明顯細(xì)化，且其強(qiáng)度、抗腐蝕等性能得到極大的提高，降低了成本。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種高溫合金材料的制備方法，特別是涉及一種鐵鋁錳硅合金的制備方法，應(yīng)用于粉末冶金

技術(shù)介紹
20世紀(jì)70年代初期機(jī)械合金化技術(shù)首先被用于制備彌散強(qiáng)化高溫合金，除了制備高溫合金外，機(jī)械合金化技術(shù)還被廣泛應(yīng)用于制備結(jié)構(gòu)材料。1975年Jangg等人提出了“反應(yīng)球磨”的類似方法，即通過一起球磨化學(xué)添加物與金屬粉末，誘發(fā)低溫化學(xué)反應(yīng)，生成了分布均勻的彌散粒子。采用機(jī)械合金化技術(shù)制備的彌散強(qiáng)化銅合金具有優(yōu)異的力學(xué)性能，機(jī)械合金化彌散銅合金可以替代內(nèi)氧化法制備的彌散強(qiáng)化銅合金，是理想的引線框和電極材料。近年來，機(jī)械合金化彌散強(qiáng)化鈦合金、鎳合金和鉬合金以及機(jī)械合金化彌散強(qiáng)化金屬間化合物的研究日益增多，估計(jì)將有更多的新型彌散強(qiáng)化材料問世。粉末冶金的方法其實(shí)由來已久，人類早期采用機(jī)械粉碎法制得金、銀、銅和青銅的粉末，用作陶器等的裝飾涂料。粉末冶金技術(shù)可以最大限度地減少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織，也可以制備非晶、微晶、準(zhǔn)晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，還能實(shí)現(xiàn)多種類型的復(fù)合，充分發(fā)揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產(chǎn)高性能金屬基和陶瓷復(fù)合材料的工藝技術(shù)。金屬發(fā)生腐蝕是一種自然普遍存在的現(xiàn)象，腐蝕給金屬材料帶來的直接損失是非常巨大的。鐵鋁錳硅合金常用于柴油機(jī)廢氣渦輪增壓器的渦輪、鎮(zhèn)靜鋼和熱處理爐上進(jìn)行使用，是在高溫、高速和燃?xì)飧g工況下運(yùn)轉(zhuǎn)的，是增壓器的關(guān)鍵部件。硅在鐵鋁錳合金中可明顯提高材料的耐蝕性能，其原因可能是硅在鐵合金中形成硅金屬間化合物，但現(xiàn)有的鐵鋁錳硅合金的制備方法制備的高溫合金材料中存在較多雜質(zhì)和夾雜，影響材料的耐腐蝕和耐熱性能，所制備的材料還不能滿足復(fù)雜工況的使用要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本專利技術(shù)的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種Fe-Al-Mn-Si合金的制備方法，綜合了納米技術(shù)、粉體壓制與燒結(jié)技術(shù)和粉末冶金技術(shù)的優(yōu)勢，通過機(jī)械研磨法制備納米級(jí)Fe-Al-Mn-Si復(fù)合粉體，將該納米粉體擠壓成塊狀，采用真空雙管加熱爐在氫氣氣氛下實(shí)現(xiàn)Fe-Al-Mn-Si合金化，得到Fe-Al-Mn-Si塊狀合金。燒結(jié)時(shí)還原性氣體的使用有效就降低了粉末的氧化，減少其他氧化物雜質(zhì)的產(chǎn)生，運(yùn)用納米技術(shù)制備的Fe-Al-Mn-Si合金的晶粒得到細(xì)化，同時(shí)所得的Fe-Al-Mn-Si合金的耐蝕性能、比強(qiáng)度和耐熱性能得到極大的提高。本專利技術(shù)制備Fe-Al-Mn-Si合金的方法是一種操作簡單、得到合金具有耐蝕性高、耐熱性高的方法。為達(dá)到上述專利技術(shù)創(chuàng)造目的，采用下述技術(shù)方案：一種Fe-Al-Mn-Si合金的制備方法，包括如下步驟：a.納米復(fù)合粉體的制備：采用機(jī)械球磨法，對實(shí)驗(yàn)原料還原鐵粉、鋁粉、錳粉以及納米硅粉按一定質(zhì)量比均勻混合配制納米復(fù)合粉體原料后放入球磨罐中，加入乙醇作為分散劑，采用硬脂酸作為球磨介質(zhì)，將罐內(nèi)抽真空后再充入氬氣，然后通過一定時(shí)間的球磨來制備納米復(fù)合粉體漿液，具體工藝參數(shù)如下：納米復(fù)合粉體原料各組分的質(zhì)量配比Fe:Al:Mn:Si為65:8:26:1；乙醇和納米復(fù)合粉體原料的液固質(zhì)量比為85:15；球磨時(shí)間為15~25h；球磨時(shí)間優(yōu)選為15~20h；球磨轉(zhuǎn)速為250~350rpm；球磨轉(zhuǎn)速優(yōu)選為250~300rp；球磨結(jié)束后，取出球磨后制備的納米復(fù)合粉體漿液，并置于真空干燥箱內(nèi)干燥，并最終制得納米級(jí)Fe-Al-Mn-Si復(fù)合粉體；b.Fe-Al-Mn-Si合金成型：將在所述步驟a中制備的納米級(jí)Fe-Al-Mn-Si復(fù)合粉體壓制成型，然后采用真空雙管加熱爐，在氫氣氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，完成燒結(jié)后再降溫后，最后得到Fe-Al-Mn-Si合金型材，優(yōu)選將在所述步驟a中制備的納米級(jí)Fe-Al-Mn-Si復(fù)合粉體壓制塊狀、條狀或片狀，其工藝參數(shù)如下：燒結(jié)溫度：700~1200℃；燒結(jié)保溫時(shí)間：4~7h；成型壓制力：250~400MPa；降溫梯度：隨爐冷卻；氫氣流量：50~150mL/min。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)：1.本專利技術(shù)利用納米粉體制備Fe-Al-Mn-Si合金的處理新技術(shù)，將納米級(jí)Fe-Al-Mn-Si復(fù)合粉體擠壓成塊狀，在氫氣氣氛下較低溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)Fe-Al-Mn-Si合金化，得到Fe-Al-Mn-Si塊狀合金；2.本專利技術(shù)運(yùn)用納米技術(shù)不僅能夠制備得到晶粒細(xì)化的Fe-Al-Mn-Si合金，且該合金的耐蝕性、比強(qiáng)度和耐熱性得到極大的提高；3.本專利技術(shù)運(yùn)用氫氣氣氛能夠使在機(jī)械混合過程中生成氧化物的粉末原位還原并合金化，這樣有效防止了在Fe-Al-Mn-Si合金化過程中產(chǎn)品的氧化，避免雜質(zhì)產(chǎn)生；4.本專利技術(shù)運(yùn)用燒結(jié)爐技術(shù)也能大幅度降低合金化Fe-Al-Mn-Si的溫度，從而實(shí)現(xiàn)大幅降低Fe-Al-Mn-Si合金生產(chǎn)的成本。具體實(shí)施方式本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施例詳述如下：實(shí)施例一：在本實(shí)施例中，一種Fe-Al-Mn-Si合金的制備方法，包括如下步驟：a.納米復(fù)合粉體的制備：取在無水乙醇介質(zhì)中，加入鐵粉、鋁粉、錳粉及納米硅粉按質(zhì)量比為65:8:26:1，調(diào)整乙醇和納米復(fù)合粉體原料的液固質(zhì)量比為85:15，配料完成后裝入不銹鋼球磨罐中，在高能球磨機(jī)上以250r/min的轉(zhuǎn)速球磨15h，制備納米級(jí)Fe-Al-Mn-Si復(fù)合粉體漿液，將制備得到的Fe-Al-Mn-Si復(fù)合粉體漿液進(jìn)行真空干燥，制得納米級(jí)Fe-Al-Mn-Si復(fù)合粉體；b.Fe-Al-Mn-Si合金成型：將在所述步驟a中制備的納米級(jí)Fe-Al-Mn-Si復(fù)合粉體壓制成塊狀，然后采用真空雙管燒結(jié)加熱爐，然后在燒結(jié)爐內(nèi)氫氣氣氛下低溫度范圍內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，其工藝參數(shù)為：溫度為700℃，保溫時(shí)間為4h，壓制力為250MPa，降溫梯度為爐冷。氫氣的流量為120mL/min。完成燒結(jié)后再降溫后，最后得到Fe-Al-Mn-Si合金塊材。將獲得的Fe-Al-Mn-Si合金塊材進(jìn)行性能測試及物相分析，實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果參見表1。實(shí)施例二：本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處在于：在本實(shí)施例中，F(xiàn)e-Al-Mn-Si合金的制備方法，包括如下步驟：a.納米復(fù)合粉體的制備：取在無水乙醇介質(zhì)中，加入鐵粉、鋁粉、錳粉及納米硅粉按質(zhì)量比為65:8:26:1，調(diào)整乙醇和納米復(fù)合粉體原料的液固質(zhì)量比為85:15，配料完成后裝入不銹鋼球磨罐中，在高能球磨機(jī)上以300r/min的轉(zhuǎn)速球磨15h，制備納米級(jí)Fe-Al-Mn-Si復(fù)合粉體漿液，將制備得到的Fe-Al-Mn-Si復(fù)合粉體漿液進(jìn)行真空干燥，制得納米級(jí)Fe-Al-Mn-Si復(fù)合粉體；b.Fe-Al-Mn-Si合金成型：將在所述步驟a中制備的納米級(jí)Fe-Al-Mn-Si復(fù)合粉體壓制成塊狀，然后采用真空雙管燒結(jié)加熱爐，然后在燒結(jié)爐內(nèi)氫氣氣氛下低溫度范圍內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，其工藝參數(shù)為：溫度為700℃，保溫時(shí)間為4h，壓制力為250MPa，降溫梯度為爐冷。氫氣的流本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種Fe?Al?Mn?Si合金的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：a.納米復(fù)合粉體的制備：采用機(jī)械球磨法，對實(shí)驗(yàn)原料還原鐵粉、鋁粉、錳粉以及納米硅粉按一定質(zhì)量比均勻混合配制納米復(fù)合粉體原料后放入球磨罐中，加入乙醇作為分散劑，采用硬脂酸作為球磨介質(zhì)，將罐內(nèi)抽真空后再充入氬氣，然后通過一定時(shí)間的球磨來制備納米復(fù)合粉體漿液，具體工藝參數(shù)如下：納米復(fù)合粉體原料各組分的質(zhì)量配比Fe:Al:Mn:Si為65:8:26:1；乙醇和納米復(fù)合粉體原料的液固質(zhì)量比為85:15；球磨時(shí)間為15~25h；球磨轉(zhuǎn)速為250~350rpm；球磨結(jié)束后，取出球磨后制備的納米復(fù)合粉體漿液，并置于真空干燥箱內(nèi)干燥，并最終制得納米級(jí)Fe?Al?Mn?Si復(fù)合粉體；b.?Fe?Al?Mn?Si合金成型：將在所述步驟a中制備的納米級(jí)Fe?Al?Mn?Si復(fù)合粉體壓制成型，然后采用真空雙管加熱爐，在氫氣氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，完成燒結(jié)后再降溫后，最后得到Fe?Al?Mn?Si合金型材，其工藝參數(shù)如下：燒結(jié)溫度：700~1200℃；燒結(jié)保溫時(shí)間：4~7h；成型壓制力：250~400MPa；降溫梯度：隨爐冷卻；氫氣流量：50~150mL/min。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種Fe-Al-Mn-Si合金的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
a.納米復(fù)合粉體的制備：采用機(jī)械球磨法，對實(shí)驗(yàn)原料還原鐵粉、鋁粉、錳粉以及納米硅粉按一定質(zhì)量比均勻混合配制納米復(fù)合粉體原料后放入球磨罐中，加入乙醇作為分散劑，采用硬脂酸作為球磨介質(zhì)，將罐內(nèi)抽真空后再充入氬氣，然后通過一定時(shí)間的球磨來制備納米復(fù)合粉體漿液，具體工藝參數(shù)如下：
納米復(fù)合粉體原料各組分的質(zhì)量配比Fe:Al:Mn:Si為65:8:26:1；
乙醇和納米復(fù)合粉體原料的液固質(zhì)量比為85:15；
球磨時(shí)間為15~25h；
球磨轉(zhuǎn)速為250~350rpm；
球磨結(jié)束后，取出球磨后制備的納米復(fù)合粉體漿液，并置于真空干燥箱內(nèi)干燥，并最終制得納米級(jí)Fe-Al-Mn-Si復(fù)合粉體；
b.Fe-Al-Mn-Si合金...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鐘慶東，郭煒，史茜，趙啟亮，孫金虎，任帥東，
申請(專利權(quán))人：上海大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31