[發明專利]一種用納米粉體制備Al-Fe合金的方法

有效

• 申請號: 201210380179.9
• 申請日: 2012-10-10
• 公開（公告）號: CN102925757A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 鐘慶東;郁利彬;蔣繼波;李珂;劉慧娟
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/04
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及用納米粉體制備Al-Fe合金的處理新技術，屬于納米技術及粉末冶金技術領域。

背景技術

自20世紀80年代德國物理學家H.V.Gleiter教授對處于分子、原子和宏觀材料的中間過渡區域提出納米材料的概念，納米科技就逐步發展為具有前沿性、交叉性的高科技學科，它是在納米尺度（1?~?100?nm之間）上研究物質的特性和相互作用，以及利用這些特性的多學科交叉的科學和技術。納米尺寸的顆粒由于具有小尺寸效應、量子尺子效應、表面效應和宏觀量子隧道效應等特殊的性質，因而具有與相應塊體材料不同的光學、電磁學及化學性能，與常規材料相比，它在材料科學、信息科學、催化及生命科學等領域具有無可比擬的優越性，在實際應用和理論上都具有極大的研究價值。此外，隨著納米技術的不斷發展，納米粉體的制備、研究及應用也越來越廣泛，尤其在利用納米粉體制備先進新型材料方面的研究也越來越普遍。

粉末冶金是制取金屬或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經過成形和燒結，制造金屬材料、復合以及各種類型制品的工藝技術。粉末冶金技術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，還能實現多種類型的復合，充分發揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產高性能金屬基和陶瓷復合材料的工藝技術。

鋁鐵合金既保持了Al合金密度小的特點，又具有硬度高、強重比高、耐熱、耐磨、抗腐蝕等優良力學性能，因此，Al-Fe合金能滿足航天器件和汽車工業對材料性能的要求。此外，Al和Fe是地殼中儲量最為豐富的兩種金屬元素，也是工業中最常用的原料，來源廣，價格便宜，因此，?Al-Fe合金在在很早以前就成為受人們關注的新型輕質合金。所以，發展Al-Fe合金有著誘人的前景，受到了國內外的重視，具有廣闊的應用前景。在未來的汽車用板材輕量化方面具有廣闊的應用價值。

然而，由于鐵在鋁中的固溶度很低(＜0.005?mol%)，一旦超過固溶度極限，便在鑄造鋁合金中與鋁及其它元素化合，形成質脆的針狀或板片狀鐵相，嚴重割裂基體，成為應力集中源，大大降低鋁合金的力學性能。隨著納米技術和粉末冶金技術的發展，利用納米技術制備納米級Al-Fe復合粉體并結合粉末冶金技術所制備的Al-Fe合金晶粒得到細化，同時消除或減少了花朵狀化合物Al₃Fe的長大，力學性能得到極大的提高。

基于前人的研究成果，本發明綜合了納米技術、動磁壓制技術、微波燒結技術及粉末冶金技術等熱點研究領域。通過機械研磨法制備納米級Al-Fe復合粉體，將該納米粉體擠壓成塊狀，并在還原保護性氣氛下較低溫度范圍內實現Al-Fe合金化，得到Al-Fe塊狀合金。運用納米技術制備的Al-Fe合金的晶粒得到細化，同時消除或減少了花朵狀化合物Al₃Fe的長大，細小的彌散相分布也更加均勻，并且有效就降低了粉末的氧化，因此，所得的Al-Fe合金的力學性能得到極大的提高。

發明內容

本發明的目的是提供一種用納米粉體制備Al-Fe合金的方法。

本發明提出納米復合粉體在還原保護性氣氛下燒結所獲得的Al-Fe合金晶粒細小、結構均勻且無大顆粒第二相。這有效解決了Al-Fe合金的傳統熔煉過程的氧化問題和花朵狀Al₃Fe化合物的長大問題。

本發明是一種用納米粉體制備Al-Fe合金的方法，其特征在于具有如下的工藝步驟：

a．?納米復合粉體的制備

采用機械球磨法，將市售化學純鐵粉與化學純鋁粉按一定質量比均勻混合后放入球磨罐中，加入一定量的無水乙醇控制一定的液固比，用高能球磨機球磨數小時；具體工藝參數如下：

Fe?:?Al?=?1:?(?4?~?9?)（質量比）；

乙醇:?粉體=?80?:?15（質量比）；

球磨時間?=?20?~?30?h；

球磨后將溶液真空干燥，最終制得納米級Al-Fe復合粉體；

b．將上述制得的納米級Al-Fe復合粉體采用動磁壓制成型，然后在微波燒結爐內還原保護性氣氛下低溫度范圍內進行燒結，實現Al-Fe合金化；其工藝參數如下：

微?波?頻?率???2.45?GHz；

燒?結?溫?度???500?℃?~?800?℃；

燒?結?時?間???4?h?~?8?h；

降?溫?梯?度???隨爐冷卻；