[发明专利]块体Fe3Al纳米晶材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种块体纳米晶材料的制备方法。

背景技术

室温脆性是影响金属间化合物材料广泛使用的主要障碍。晶粒尺寸的纳米化有望解决其普遍存在的室温脆性问题。随着近几十年纳米材料技术的不断发展成熟，各国研究者都在考虑利用纳米材料技术进一步解决金属间化合物的室温脆性等问题。但是，传统的从纳米颗粒出发的热压工艺存在制备技术复杂、成本高、材料质量不高(例如材料中存在大量空洞)、颗粒纳米尺寸难以保持等缺点。而最近几年发展起来的大变形法很难得到晶粒尺寸小于100nm的材料，并且基本局限于金属材料。因此，至今还没有一种获得块体纳米结构材料的简便、成本低且可放大工业化生产的工艺，这一问题严重地阻碍着纳米晶材料的研究与工程应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种块体纳米晶材料及其制备方法。

本发明的块体纳米晶材料，按质量百分比计，其组分为Al 10～13％，Fe73～82％，Mn 5～15％。

本发明的块体纳米晶材料的制备方法，按Al 26～31％，Fe₂O₃ 45～65％，Mn3～10％的组分称取粉末金属，将称好的粉末在球磨机中混合16小时，然后将混合好的反应物料置于配有铜底材的铜模具中并用压力机在60MPa的压力下压实，在其表面放上引燃剂，然后在铝热反应容器中进行反应，室温下用氩气吹扫反应容器排除其中的空气，等到容器温度升至180℃时再次排气，然后通入8MPa的氩气继续升高容器温度。当容器内温度达到260℃左右时引燃剂开始反应并释放出大量的热，从而引发反应物料间的反应。反应在几秒钟时间内完成，生成的产物在氩气保护下随炉冷却至室温制得合金。

本发明的有益效果是降低了材料生产成本，提高了生产效率。

具体实施方式

实施例1：

按质量百分比计，称取Al 31％，Fe₂O₃ 65％，Mn 3％的粉末金属，将称好的粉末在行星式球磨机中混合16小时，然后将混合好的反应物料置于配有铜底材的铜模具中并用压力机在60MPa的压力下压实，在其表面放上引燃剂，然后在铝热反应容器中进行反应，室温下用氩气吹扫反应容器排除其中的空气，等到容器温度升至180℃时再次排气，然后通入8MPa的氩气继续升高容器温度。当容器内温度达到260℃左右时引燃剂开始反应并释放出大量的热，从而引发反应物料间的反应。反应在几秒钟时间内完成，生成的产物在氩气保护下随炉冷却至室温制得合金。按质量百分比计，得到的合金组分为：Al 13％，Fe 82％，Mn 5％，性能数据：硬度(HV)：248，屈服强度：σ_0.2＝745Mpa，晶粒尺寸：42nm。

实施例2：

按质量百分比，称取Al 28％，Fe₂O₃ 61％，Mn 6％的粉末金属，将称好的粉末在行星式球磨机中混合16小时，在其表面放上引燃剂，然后将混合好的反应物料置于配有铜底材的铜模具中并用压力机在60MPa的压力下压实，在铝热反应容器中进行反应，室温下用氩气吹扫反应容器排除其中的空气，等到容器温度升至180℃时再次排气，然后通入8MPa的氩气继续升高容器温度。当容器内温度达到260℃左右时引燃剂开始反应并释放出大量的热，从而引发反应物料间的反应。反应在几秒钟时间内完成，生成的产物在氩气保护下随炉冷却至室温制得合金。按质量百分比计，得到的合金成份为：Al 12％，Fe 78％，Mn 10％。性能数据：硬度(HV)：291，屈服强度：σ_0.2＝945Mpa，晶粒尺寸：16nm。

实施例3：

按质量百分比，称取Al 26％，Fe₂O₃ 57％，Mn 8％的粉末金属，将称好的粉末在行星式球磨机中混合16小时，在其表面放上引燃剂，然后将混合好的反应物料置于配有铜底材的铜模具中并用压力机在60MPa的压力下压实，在铝热反应容器中进行反应，室温下用氩气吹扫反应容器排除其中的空气，等到容器温度升至180℃时再次排气，然后通入8MPa的氩气继续升高容器温度。当容器内温度达到260℃左右时引燃剂开始反应并释放出大量的热，从而引发反应物料间的反应。反应在几秒钟时间内完成，生成的产物在氩气保护下随炉冷却至室温制得合金。按质量百分比计，得到的合金成份为：Al 11％，Fe 73％，Mn 15％。性能数据：硬度(HV)：246，屈服强度：σ_0.2＝700Mpa，晶粒尺寸：32nm。