一種低碳鐵鋁合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低碳鐵鋁合金及其制備方法。其技術(shù)方案是：先按剛玉粉∶石墨粉的質(zhì)量比為(3~5)∶1配料，混合，得混合粉；再按混合粉∶高純鐵粉的質(zhì)量比為(1.5~2)∶1配料，將高純鐵粉和混合粉置入石墨坩堝內(nèi)，置入石墨坩堝內(nèi)的高純鐵粉包裹在混合粉中，坩堝內(nèi)的高純鐵粉周圍的混合粉厚度相同。然后將盛有混合粉和高純鐵粉的石墨坩堝置于真空加熱爐內(nèi)，抽真空至1Pa以下，在流動氬氣的條件下，以5~30℃/min的升溫速率升溫至1550~1700℃，保溫5~60分鐘，隨爐冷卻，出爐后除去包裹在合金表面的非金屬顆粒，即得低碳鐵鋁合金。本發(fā)明制備的低碳鐵鋁合金組織結(jié)構(gòu)均勻，合金中無孔洞和膨脹現(xiàn)象出現(xiàn)，可作為中高溫結(jié)構(gòu)材料、不銹鋼替代材料和耐蝕合金等。
【專利說明】
一種低碳鐵鋁合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于鐵鋁合金技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及一種低碳鐵鋁合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵鋁金屬間化合物主要包括Fe3Al、FeAl、FeAl2、Fe2AldPFeAl3等五種典型結(jié)構(gòu)，其中受人關(guān)注的主要是Fe3Al和FeAl基金屬間化合物。由于鐵鋁金屬間化合物具有優(yōu)異的抗高溫氧化、耐熱腐蝕和抗硫化腐蝕的性能，而且還具有密度低、比強(qiáng)度高、耐磨性好和成本低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)。鐵鋁合金作為新一代中高溫結(jié)構(gòu)材料、不銹鋼替代材料和耐蝕合金等，被廣泛用于熔爐裝置、熱交換管道、汽車閥門、熔鹽設(shè)備等高溫惡劣環(huán)境中。
[0003]目前，鐵鋁合金的加工方法主要包括熔鑄法和粉末冶金方法。熔鑄法主要包括真空中頻感應(yīng)熔鑄、高頻感應(yīng)加熱熔鑄和電子束加熱熔鑄等方法，還包括先在空氣中感應(yīng)熔煉后再電渣重恪的方法。由于鐵鋁合金中Al含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)合金，Al與Fe的恪點(diǎn)相差較大;加之鐵鋁合金的形成過程會放出大量的熱，致使熔池溫度急劇上升引起過熱，使得澆鑄過程中容易引入氫原子，鑄錠中產(chǎn)生大量孔洞。
[0004]采用粉末冶金法制備鐵鋁合金的方法通常通過Fe粉和Al粉、或者預(yù)合金粉末經(jīng)過無壓或加壓等工藝燒結(jié)而成。由于Fe和Al的擴(kuò)散系數(shù)相差很大，將Fe和Al元素粉末壓坯，進(jìn)行無壓反應(yīng)燒結(jié)時(shí)，燒結(jié)體將因?yàn)榭瓶纤柆F(xiàn)象產(chǎn)生大量孔隙和體積膨脹;并且含Al量越高，無壓燒結(jié)膨脹現(xiàn)象越嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的是提供一種低碳鐵鋁合金的制備方法，所制備的低碳鐵鋁合金組織結(jié)構(gòu)均勻，合金中無孔洞和無膨脹現(xiàn)象出現(xiàn)，可作為中高溫結(jié)構(gòu)材料、不銹鋼替代材料和耐蝕合金等。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:先按剛玉粉:石墨粉的質(zhì)量比為(3?5):1配料，混合，得混合粉;再按混合粉:高純鐵粉的質(zhì)量比為(1.5?2):1配料，將高純鐵粉和混合粉置入石墨坩禍內(nèi)，置入石墨坩禍內(nèi)的高純鐵粉包裹在混合粉中，坩禍內(nèi)的高純鐵粉周圍的混合粉厚度相同。然后將盛有混合粉和高純鐵粉的石墨坩禍置于真空加熱爐內(nèi)，抽真空至IPa以下，在流動氬氣的條件下，以5?30°C/min的升溫速率升溫至1550?1700°C，保溫5?60分鐘，在流動氬氣保護(hù)下隨爐冷卻，出爐后除去包裹在合金表面的非金屬顆粒，即得低碳鐵鋁合金。
[0007]所述剛玉粉中的Al2O3含量彡99wt% ;粒徑為I?ΙΟΟμπι。
[0008]所述石墨粉中的C含量彡98wt% ;粒徑為I?200μπι。
[0009]所述高純鐵粉中的Fe含量彡99wt% ;粒徑為50?500μπι。
[0010]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果:
[0011]高溫下高純鐵粉將熔化成鐵液，繼而混合粉中的石墨(C)和剛玉(Al2O3)亦溶于鐵液中，分別形成[C]、[Al]和[O]。其中，[C]和[O]反應(yīng)形成的CO氣體隨著流動的氬氣而離開反應(yīng)體系，導(dǎo)致鐵液中[C]和[O]形成CO氣體的反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，而鐵液中[O]的消耗會導(dǎo)致剛玉(Al2O3)持續(xù)溶于鐵液并提供大量的[Al]，由此生成一種鐵鋁合金。在反應(yīng)進(jìn)行中，石墨中的碳也會部分溶入鐵鋁合金，最終形成一種低碳鐵鋁合金。在整個(gè)反應(yīng)進(jìn)程中，反應(yīng)體系處于靜態(tài)加熱并通入了流動的氬氣，相關(guān)反應(yīng)進(jìn)行程度平穩(wěn)，反應(yīng)熱很快由流動的氬氣帶出體系，避免了因冷卻過程在合金中出現(xiàn)孔洞的現(xiàn)象出現(xiàn)。同時(shí)，整個(gè)反應(yīng)是液相反應(yīng)控制過程，亦避免了粉末冶金制備鐵鋁合金時(shí)出現(xiàn)體積膨脹的問題發(fā)生。
[0012]本發(fā)明制備的低碳鐵鋁合金經(jīng)檢測，主要組分和含量如下:Fe含量75?80wt% ,Al含量12?20wt%，C含量3?5wt%，Si含量0.1?0.5wt%。該低碳鐵鋁合金可作為中高溫結(jié)構(gòu)材料、不銹鋼替代材料和耐蝕合金等。
[0013]因此，本發(fā)明制備的低碳鐵鋁合金組織結(jié)構(gòu)均勻，合金中無孔洞和膨脹現(xiàn)象出現(xiàn)，可作為中高溫結(jié)構(gòu)材料、不銹鋼替代材料和耐蝕合金等。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，并非對其保護(hù)范圍的限制。
[0015]為避免重復(fù)，現(xiàn)將本【具體實(shí)施方式】所涉及的原料統(tǒng)一描述如下，實(shí)施例中不再贅述:
[0016]所述剛玉粉中的Al2O3含量彡99wt% ;粒徑為I?ΙΟΟμπι。
[0017]所述石墨粉中的C含量彡98wt% ;粒徑為I?200μπι。
[0018]所述高純鐵粉中的Fe含量彡99wt% ;粒徑為50?500μπι。
[0019]實(shí)施例1
[0020]一種低碳鐵鋁合金及其制備方法。先按剛玉粉:石墨粉的質(zhì)量比為(3.5?4):1配料，混合，得混合粉;再按混合粉:高純鐵粉的質(zhì)量比為(1.6?1.8):1配料，將高純鐵粉和混合粉置入石墨坩禍內(nèi)，置入石墨坩禍內(nèi)的高純鐵粉包裹在混合粉中，坩禍內(nèi)的高純鐵粉周圍的混合粉厚度相同。然后將盛有混合粉和高純鐵粉的石墨坩禍置于真空加熱爐內(nèi)，抽真空至IPa以下，在流動氬氣的條件下，以5?15°C/min的升溫速率升溫至1550?1600 °C，保溫5?20分鐘，在流動氬氣保護(hù)下隨爐冷卻，出爐后除去包裹在合金表面的非金屬顆粒，即得低碳鐵招合金。
[0021]本實(shí)施例制備的低碳鐵鋁合金經(jīng)檢測，主要組分和含量如下:Fe含量75?77wt%，Al含量 12?14wt%，C含量4.2?5wt%，Si含量0.4?0.5wt%。
[0022]實(shí)施例2
[0023]一種低碳鐵鋁合金及其制備方法。先按剛玉粉:石墨粉的質(zhì)量比為(4.5?5):1配料，混合，得混合粉;再按混合粉:高純鐵粉的質(zhì)量比為(1.7?1.9):1配料，將高純鐵粉和混合粉置入石墨坩禍內(nèi)，置入石墨坩禍內(nèi)的高純鐵粉包裹在混合粉中，坩禍內(nèi)的高純鐵粉周圍的混合粉厚度相同。然后將盛有混合粉和高純鐵粉的石墨坩禍置于真空加熱爐內(nèi)，抽真空至IPa以下，在流動氬氣的條件下，以15?20°C/min的升溫速率升溫至1600?1650°C，保溫20?40分鐘，在流動氬氣保護(hù)下隨爐冷卻，出爐后除去包裹在合金表面的非金屬顆粒，SP得低碳鐵鋁合金。
[0024]本實(shí)施例制備的低碳鐵鋁合金經(jīng)檢測，主要組分和含量如下:Fe含量76?78wt%，Al含量 13?15wt%，(:含量4.0?4.8￥七％，Si含量0.32?0.42wt%。
[0025]實(shí)施例3
[0026]—種低碳鐵鋁合金及其制備方法。先按剛玉粉:石墨粉的質(zhì)量比為(4?4.5):1配料，混合，得混合粉;再按混合粉:高純鐵粉的質(zhì)量比為(1.8?2):1配料，將高純鐵粉和混合粉置入石墨坩禍內(nèi)，置入石墨坩禍內(nèi)的高純鐵粉包裹在混合粉中，坩禍內(nèi)的高純鐵粉周圍的混合粉厚度相同。然后將盛有混合粉和高純鐵粉的石墨坩禍置于真空加熱爐內(nèi)，抽真空至IPa以下，在流動氬氣的條件下，以20?30°C/min的升溫速率升溫至1650?1700°C，保溫40?60分鐘，在流動氬氣保護(hù)下隨爐冷卻，出爐后除去包裹在合金表面的非金屬顆粒，即得低碳鐵招合金。
[0027]本實(shí)施例制備的低碳鐵鋁合金經(jīng)檢測，主要組分和含量如下:Fe含量77?79wt%，Al含量14?17wt%，<:含量3.3?4.2界七％，Si含量0.2?0.35wt%。
[0028]實(shí)施例4
[0029]一種低碳鐵鋁合金及其制備方法。先按剛玉粉:石墨粉的質(zhì)量比為(3?3.5):1配料，混合，得混合粉;再按混合粉:高純鐵粉的質(zhì)量比為(1.5?1.7):1配料，將高純鐵粉和混合粉置入石墨坩禍內(nèi)，置入石墨坩禍內(nèi)的高純鐵粉包裹在混合粉中，坩禍內(nèi)的高純鐵粉周圍的混合粉厚度相同。然后將盛有混合粉和高純鐵粉的石墨坩禍置于真空加熱爐內(nèi)，抽真空至IPa以下，在流動氬氣的條件下，以20?30°C/min的升溫速率升溫至1650?1700°C，保溫40?60分鐘，在流動氬氣保護(hù)下隨爐冷卻，出爐后除去包裹在合金表面的非金屬顆粒，SP得低碳鐵鋁合金。
[0030]本實(shí)施例制備的低碳鐵鋁合金經(jīng)檢測，主要組分和含量如下:Fe含量78?80wt%，Al含量 16?20wt%，C含量3?3.5wt%，Si含量0.1?0.25wt%。
[0031 ]本【具體實(shí)施方式】與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果:
[0032]高溫下高純鐵粉將熔化成鐵液，繼而混合粉中的石墨(C)和剛玉(Al2O3)亦溶于鐵液中，分別形成[C]、[Al]和[O]。其中，[C]和[O]反應(yīng)形成的CO氣體隨著流動的氬氣而離開反應(yīng)體系，導(dǎo)致鐵液中[C]和[O]形成CO氣體的反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，而鐵液中[O]的消耗會導(dǎo)致剛玉(Al2O3)持續(xù)溶于鐵液并提供大量的[Al]，由此生成一種鐵鋁合金。在反應(yīng)進(jìn)行中，石墨中的碳也會部分溶入鐵鋁合金，最終形成一種低碳鐵鋁合金。在整個(gè)反應(yīng)進(jìn)程中，反應(yīng)體系處于靜態(tài)加熱并通入了流動的氬氣，相關(guān)反應(yīng)進(jìn)行程度平穩(wěn)，反應(yīng)熱很快由流動的氬氣帶出體系，避免了因冷卻過程在合金中出現(xiàn)孔洞的現(xiàn)象出現(xiàn)。同時(shí)，整個(gè)反應(yīng)是液相反應(yīng)控制過程，亦避免了粉末冶金制備鐵鋁合金時(shí)出現(xiàn)體積膨脹的問題發(fā)生。
[0033]本【具體實(shí)施方式】制備的低碳鐵鋁合金經(jīng)檢測，主要組分和含量如下:Fe含量75?80wt%，A1含量12?20wt%，C含量3?5wt%，Si含量0.1?0.5wt%。該低碳鐵鋁合金可作為中高溫結(jié)構(gòu)材料、不銹鋼替代材料和耐蝕合金等。
[0034]因此，本【具體實(shí)施方式】制備的低碳鐵鋁合金組織結(jié)構(gòu)均勻，合金中無孔洞和膨脹現(xiàn)象出現(xiàn)，可作為中高溫結(jié)構(gòu)材料、不銹鋼替代材料和耐蝕合金等。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低碳鐵鋁合金的制備方法，其特征在于:先按剛玉粉:石墨粉的質(zhì)量比為(3?5):1配料，混合，得混合粉;再按混合粉:高純鐵粉的質(zhì)量比為(1.5?2):1配料，將高純鐵粉和混合粉置入石墨坩禍內(nèi)，置入石墨坩禍內(nèi)的高純鐵粉包裹在混合粉中，坩禍內(nèi)的高純鐵粉周圍的混合粉厚度相同；然后將盛有混合粉和高純鐵粉的石墨坩禍置于真空加熱爐內(nèi)，抽真空至IPa以下，在流動氬氣的條件下，以5?30°C/min的升溫速率升溫至1550?1700°C，保溫5?60分鐘，在流動氬氣保護(hù)下隨爐冷卻，出爐后除去包裹在合金表面的非金屬顆粒，SP得低碳鐵鋁合金。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低碳鐵鋁合金的制備方法，其特征在于所述剛玉粉中的Al2O3含量彡99wt% ;粒徑為I?ΙΟΟμπι。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低碳鐵鋁合金的制備方法，其特征在于所述石墨粉中的C含量^98wt% ;粒徑為I ?200μηι。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低碳鐵鋁合金的制備方法，其特征在于所述高純鐵粉中的Fe含量彡99wt% ;粒徑為50?500μπι。5.—種低碳鐵鋁合金，其特征在于所述低碳鐵鋁合金是根據(jù)權(quán)利要求1?4項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的低碳鐵鋁合金的制備方法所制備的低碳鐵鋁合金。
【文檔編號】C22C33/04GK105886880SQ201610283629
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】魏耀武, 張爭, 李楠
【申請人】武漢科技大學(xué)