文档介绍：中南大学
博士学位论文
反应烧结制取铁铝系金属间化合物的研究
姓名:王兴庆
申请学位级别:博士
专业:材料学
指导教师:吕海波
20020701
摘要的情况下,液相形成,将发生在液相中的溶解以及谝合嗪凸滔嗵本文系统地研究了—系金属闻化合物的反应烧结机理、金属间化合物的形成机理和孔洞的形成机理。在理论研究的基础上,进一步研究了制备高密度—系金属问化合物的方法和措施。从—元素粉末在反应烧结过程中反应热的变化,研究了—反应烧结热力学和动力学。用差热分析法测定了在反应烧结过程中—的化合反应热。结果表明化合反应是一种放热反应,放热量受含量、加热速度、粉末颗粒尺寸、压制密度等因素的影响。动力学的研究结果表明,影响反应烧结速度的因素是粉末颗粒尺寸、压坯密度绝热温度、烧结温度和加热速度等。反应烧结温度。和反应烧结产物珹,并不随铝含量以及其他条件的变化而改变采用扩散偶研究了铁铝金属间化合物和孔洞在铁铝粉末反应烧结中的形成机理。扩散偶在铁铝反应烧结的上下温度下处理。研究发现低于反应烧结温度时,通过原子的固态互扩散,在铁、铝界面铁的一侧形成富铝相。金属间化合物并随着保温时间的延长,向铁的纵深生长:而在高于反应烧结温度中的互扩散。结果在铁铝界面的两侧形成富铝相金属间化合物。金属间化合物的形成过程是扩散和反应的过程。在化合物形成中也形成了大量的孔隙,这是由于、的扩散度差、反应物和生成物之间的摩尔比容差、热迁移和反应气体产物综合作用的结果。研究得到了铁铝的扩散系数和化合反应活化能。铝在铁中的扩散系数大于铁在铝中的扩散系数,结果在铝中形成了孔隙。在铝熔化后,铁在液相铝中的扩散系数大于铝在固相铁中的扩散系数,孔隙主要产生在化合物中。扩散偶中金属间化合物的形成机理和孔隙的形成机理进行了讨论。本文研究了粉末轧制件反应烧结新工艺,结果获得了高密度的—系金属间化合物制品。这是因为粉末轧制降低了科肯塔尔效应的影响,破坏了粉末颗粒表面氧化膜,改善了液相对固相的润湿性,加强了瞬间液相烧结的作用力。添加第三元素镍可以有效地阻止孔隙在反应烧结中的形成。在粉末轧制和添加第三元素镍的复合作用下,反应烧结制品的密度进一步得到了提高,最高可获得高达%的相对密度。并且历制得的,的机械强度和塑性也获得较大程度的提高。本文研究了在普通压机上进行的粉末准热等静压反应烧结工艺。实验表明
准热等静压可得到与等静压相同的结果。对烧结体簏加一定大小的压力可大大提高反应烧结制品。的密度。研究获得了合理的准热等静压工艺,最佳烧结密度可达%而且大大地提高了烧结制品的拉伸强度和延伸率。关键词:反应烧结金属间化合物粉末轧制准热等静压
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前言材料。然而这种材料室温脆性大、硬度高,加工成形极其困难,所以其使用一金属间化合物有许多优异的特性,如热稳定性高、比强度高、抗氧化、耐腐蚀以及高的高温机械性能,是一种理想的高温结构材料、耐磨材料和耐腐蚀直受到了限制。尽管经过这十多年来的研究,金属间化合物的脆性已经得到了很大的改善,但综观近几年来的发展情况来看,除了—系有少量开发性的应用研究外,其它体系金属间化合物的研究离实际应用还差得很远。其主要原因是金属间化合物加工成形困难和使用成本高。金属间化合物的制取通常采用的是真空熔铸一热轧或冷轧一再结晶热处理的加工工艺。这种工艺加工路线长、组织结构难于控制,并且所获得的材料还存在着中温低塑性区,所以金属间化合物的加工仍非常困难。因此克服加工困难、改善性能仍是推广金属间化合物的应用必须首先解决的问题。用粉末冶金工艺制取金属间化合物越来越为人们所重视。粉末冶金工艺可以通过粉末成形和烧结解决金属问化合物加工困难的问题,并且它还可通过控制组织结构、合金成分以及采用高组元、弥散质点和细化晶粒等方法来强化合金。粉末冶金工艺有预合金粉末热成形法和元素混合粉末反应烧结法。预合金粉末热成形通常使用的是雾化合金粉末,这种粉末晶粒细微无偏析,因此经过热成形工艺可获得性能优异的金属间化合物材料或制品。但粉末热成形设备投资大、生产效率低,难于推广应用。元素混合粉末反应烧结也称之为燃烧合成或“热爆炸”烧结是~种新颖的粉末冶金工艺。通过元素粉末在烧结中的化合反应,可获得具有一定密度的金属间化合物制品。化合反应是一种放热反应,在激烈的化合反应中会释放出大量的热量,所以在烧结中不需要继续加热,反应便能自动并快速地进行直至反应烧结完毕。很明显反应烧结法具有简便,快速,能耗低的优点,有很大的应用价值。目前反应烧结存在的主要问题是烧结制品中存在孔隙。有关孔隙产生的原因、解决的措施还没有系统地加以研究。因此有必要对反应烧结的机理、孔隙产生的原因和解决的措旖等作比较系统和深入的研究。