[發明專利]一種具有微納米結構的超細晶多孔鐵合金的制備方法

有效

• 申請號: 201310046622.3
• 申請日: 2013-02-06
• 公開（公告）號: CN103131928A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 崔國棟;楊川;高國慶;吳大興
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: C22C33/02
• 分類號: C22C33/02
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張澎

技術領域

本發明屬于納米結構材料和多孔金屬材料的制造領域。?

背景技術

納米結構材料是一種具有納米尺寸結構特征的材料，由于納米尺寸而產生的量子效應，使其常具有一些普通材料不具備的特殊性能，具有廣闊的應用空間和發展前景。多孔金屬材料是一類具有明顯孔隙特征并兼有結構材料和功能材料的雙重作用的新型材料。在冶金、化工、醫藥等行業以及在國防軍事上都得到了廣泛的應用。以納米Fe-N合金粉為原料，利用Fe-N合金相變的特點，在一定的工藝條件下，制備得到具有微納米結構的超細晶多孔鐵合金，研究納米尺寸效應和多孔結構對鐵合金微觀結構和性能的影響，有利于指導新型納米結構多孔金屬材料的研究與開發。另外，由于鐵和鐵合金是應用最為廣泛的金屬材料，因此，開展以納米Fe-N合金粉為原材料的具有微納米結構的多孔鐵基合金材料的制備方法與性能的研究具有很好的市場前景，對發掘鐵合金的特殊性能和拓展鐵合金的應用范圍具有重要意義。?

發明內容

本發明的目的是，獲得一種具有微納米結構的超細晶多孔鐵合金的制備方法，以納米Fe-N合金粉為原料，結合粉末冶金的方法為納米結構多孔金屬材料的制備提供一個有效的途徑，并使之具有制備方法操作簡單、成本低、容易實現的優點。?

本發明的目的是通過以下的手段實現的：?

一種具有微納米結構的超細晶多孔鐵合金的制備方法，包含如下的工藝?步驟：?

(1)在500℃～700℃的條件下，用氨氣還原和氮化超細鐵粉2小時，在該過程中，每間隔15分鐘通少量空氣3-5分鐘，反復通3-5次，氨氣保護冷至室溫，可以細化得到的Fe-N合金粉；?

(2)將(1)制備得到的Fe-N合金粉在液氮的保護下進行機械研磨、篩選，得到混合均勻的平均粒徑小于500納米的納米Fe-N合金粉；?

(3)將(2)獲得的納米Fe-N合金粉在大于30MPa的壓力下進行模壓或冷等靜壓成型，然后再在900℃以上的溫度，真空或保護氣氛下燒結，保溫一定時間后，在真空或保護氣氛下冷至800℃以下，出爐水冷，獲得具有微納米結構且均勻分布的孔隙，合金密度小于5.0g/cm³，孔隙率在35％以上，晶粒大小均在10微米以下的具有微納米結構的超細晶多孔鐵合金目標產品。?

所獲得的合金具有微納米結構且分布均勻的孔隙，通過控制燒結過程中的溫度、時間、氣氛等參數可控制晶粒大小和孔隙特征。與常規的鐵基粉末冶金材料相比，該合金具有密度低、硬度高、耐磨性能好、阻尼性能好等特點。本發明方法具有過程可控、操作簡單、成本低的特點。?

發明主要是先將超細純鐵粉、鐵合金粉或氧化鐵粉等放入氣體氮化爐中，通入氨氣，加熱升溫，在500℃～700℃之間，用氨氣還原并氮化氧化鐵粉或直接氣體氮化鐵合金粉，保溫一定時間，獲得較高氮濃度的Fe-N合金粉，對獲得的粉末在液氮保護下進行機械研磨、篩選，獲得納米Fe-N合金粉。也可在研磨前，將其它添加的微量合金元素的粉末與Fe-N合金粉混合，研磨后可獲得納米Fe-N合金復合粉，將研磨后的納米粉末在30MPa以上的壓力下進行冷等靜壓或模壓成型，再在真空或保護氣氛下對成型后的樣品在900℃以上進行燒結，燒結過程中，納米Fe-N合金會發生相變釋放出一定量的氮氣，會產生?多孔結構，控制燒結溫度、保溫時間和環境氣氛，可控制孔隙在微納米結構，加入微量納米Cu、Ni、C等合金元素可使合金得到強化，加入微量納米Al2O3等第二相粒子，可使合金晶粒進一步細化，同時可進一步提高基體耐磨性和降低密度。利用該方法制備的合金具有微納米結構的孔隙特征，密度低、硬度高、耐磨性好、阻尼性能好等特點。?

本發明與現有的鐵基粉末冶金技術相比，以納米Fe-N合金粉末為主要原料，適當加入微量晶粒細化和界面強化的元素，控制燒結溫度、環境氣氛、保溫時間等工藝參數，可獲得傳統鐵基粉末冶金材料難以獲得的具有微納米結構的細晶粒的多孔鐵合金；該制備過程簡單容易實現，在氣體氮化爐和常規的鐵基粉末冶金制備裝置中即可制備得到該合金。?

附圖說明如下：?

圖1是本發明具有微納米結構的超細晶多孔鐵合金制備流程示意圖。?

圖2是本發明的方法制備的具有微納米結構的超細晶多孔鐵合金的微觀形貌圖。?

具體實施方式