[發明專利]一種Fe-Al-Ta復合材料的電子束懸浮區域熔煉定向凝固制備方法

有效

• 申請號: 201710438831.0
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107254716B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 崔春娟;任馳強;問亞崗;王珮;王松苑
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: C30B29/52
• 分類號: C30B29/52;C30B21/04;C30B28/08
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種Fe?Al?Ta復合材料的電子束懸浮區域熔煉定向凝固制備方法，在Fe?Al間金屬化合物中加入微量的具有強延展性的難熔金屬Ta，配制共晶合金或者非共晶合金，通過共晶反應獲得Fe(Al，Ta)/Fe₂Ta(Al)共晶復合材料或者Fe?Al?Ta非共晶復合材料，其中的Laves相Fe₂Ta(Al)具有六方C14結構(熔點＞1700℃)，在溫度高于1000℃時有很高的強度，基體相Fe(Al，Ta)與Laves相Fe₂Ta(Al)從熔體中同時共生復合，從而改善材料的脆性并提高材料強度，本發明不僅為Laves相合金成分設計和新型高溫結構材料的研發提供理論依據，而且對拓展電子束區熔定向凝固技術的應用具有重要的學術價值。

技術領域

本發明屬于冶金技術領域，涉及對Fe-Al金屬間化合物脆性的改善，特別涉及一種Fe-Al-Ta復合材料的電子束懸浮區域熔煉定向凝固制備方法。

背景技術

金屬間化合物除了金屬鍵外，還有一部分共價鍵，兼有金屬的較好塑性和陶瓷的良好高溫強度，是一類極具潛力的高溫結構材料。Fe-Al金屬間化合物(Fe₃Al、FeAl、FeAl₂、Fe₂Al₅及FeAl₃)是最為典型的代表之一，原材料采用Fe和Al兩種基本的自然元素，價格低廉；另外Fe-Al間金屬化合物具有長程有序的晶體結構，原子間的結合既有金屬鍵，又有共價鍵和離子鍵，獨特的多鍵態結構決定了其特殊的性能：具有較低的密度、抗氧化性優于不銹鋼、耐熱腐蝕優于鎳基合金、較高的高溫強度和抗蠕變性能、耐高溫腐蝕磨損、高電阻等。然而，該材料的拉伸延伸率只有2％-3％，遠低于不銹鋼、耐熱鋼等常用高溫結構材料，并且可加工性能差，阻礙了其作為高溫結構材料在工業生產中的大規模應用。

布里奇曼法(Bridgman)是一種常見的晶體生長法，Bridgman法具有技術成熟、結晶過程穩的特點，但是Bridgman技術的凝固速率為2-15cm/h，相對較低，這就使得凝固組織無法進一步細化；Bridgman技術的溫度梯度也較低，約為45K/cm，較低的溫度梯度也嚴重制約了組織控制和性能提高。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種Fe-Al-Ta復合材料的電子束懸浮區域熔煉定向凝固制備方法，通過提高定向凝固固液界面前沿的溫度梯度，使其在較寬的凝固速率范圍內保持平界面，從而獲得組織細化、定向效果好且性能優異的共晶自生復合材料。具體地，針對Fe-Al間金屬化合物的脆性改善技術相對比較滯后的問題，通過添加微量的Ta元素，采用高溫度梯度的電子束區熔定向凝固技術，控制凝固過程，制取組織超細化、相均勻分布、取向精度高的有序Laves相Fe₂Ta(Al)強化的Fe(Al,Ta)/Fe₂Ta(Al)復合材料，從而使材料的綜合力學性能提高，有效克服了Fe-Al間金屬化合物的性能缺陷和制備方法不足的問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種Fe-Al-Ta復合材料的電子束懸浮區域熔煉定向凝固制備方法，在Fe-Al間金屬化合物中加入微量的具有強延展性的難熔金屬Ta(7at.％～9at.％)，配制共晶合金或者非共晶合金，通過共晶反應獲得Fe(Al,Ta)/Fe₂Ta(Al)共晶復合材料或者Fe-Al-Ta非共晶復合材料，其中的Laves相Fe₂Ta(Al)具有六方C14結構(熔點>1700℃)，在溫度高于1000℃時有很高的強度，基體相Fe(Al,Ta)與Laves相Fe₂Ta(Al)從熔體中同時共生復合，從而改善材料的脆性并提高材料強度。

上述的Fe(Al,Ta)/Fe₂Ta(Al)共晶復合材料或者Fe-Al-Ta非共晶復合材料均屬于本發明目標產物Fe-Al-Ta復合材料。