Fe-Al-x%Si金属间化合物多孔材料的制备及抗氧化性能研究
发布时间：2021-11-22 16:35
采用Fe、Al金属粉末通过烧结反应合成多孔FeAl金属间化合物,但在特定的加热速率下,为了防止Fe与Al之间的自蔓延反应带来的不利影响,采用添加不同比例的Si来实现其控制,并研究了添加Si前后的孔隙率、不同烧结温度下的物相组成以及抗氧化性能。结果表明:Fe-Al-x%Si金属间化合物多孔材料最高孔隙率为60.31%,添加Si对孔隙率影响不大;通过高温烧结可获得成分均匀单一的FeAl;通过热分析发现添加Si对Fe、Al间的自蔓延反应有抑制作用,且添加Si后的多孔材料抗氧化性能均优于未添加的,在烧结温度为1 000℃、添加4%Si时,FeAl多孔材料抗氧化性能最优。
【文章来源】：有色金属工程. 2020,10(09)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
Fe-Al金属间化合物多孔材料孔隙率与温度关系
图1 Fe-Al金属间化合物多孔材料孔隙率与温度关系图3为不同烧结温度下的SEM图像，可见微观形貌上存在一定差异。在未烧结前，如图3(a）所示，压坯试样中Al大量团聚，而Fe散布其中，成为烧结后的多孔骨架。当烧结温度为500℃时，如图3(b）所示，Fe、Al元素粉末团聚的颗粒逐渐规则化，可以观察到图3(b）中出现大量的细小孔隙；随着烧结温度进一步提高到600℃时，如图3(c）所示，团聚的椭圆状颗粒逐渐变形，Fe、Al间通过扩散反应，形成孔径更大的孔隙；650℃烧结时，由于Fe、Al反应放热至实际温度超过Al的熔点，进而由Fe、Al间固固反应转变为更为剧烈的固液反应，液态Al由于被反应消耗而留下更大更多的孔隙，并且此阶段孔隙率也急剧上升；当烧结温度更高时如图3(e)～(f），孔隙结构在微观形貌上并无巨大差别，但是在物相以及孔隙率上存在不同，将在后面小节中继续讨论。
图4为在不同温度烧结下的未添加Si元素多孔材料XRD谱图，可见烧结温度的不同会严重影响物相变化。在500℃烧结时，仅有Fe与Al两种元素，说明在此温度下并未发生反应，生成新的物相；而在600℃时有部分Fe2Al5出现，说明此阶段存在：2Fe+5Al→Fe2Al5的反应，而此时温度低于Fe、Al熔点，所以此为固固扩散反应，这也是存在于600～650℃的主要反应。当烧结温度进一步升高时，由于温度达到Al的熔点之后，Fe与Al会发生剧烈的热爆反应[15]，而当Al被反应消耗完全时，生成的Fe2Al5又与剩余的Fe发生反应：3Fe+Fe2Al5→FeAl。可以发现在800℃时出现大量的FeAl，当烧结温度到1 000℃时，系统仅生成FeAl单一的相。图5为1 000℃烧结后的金属间化合物多孔材料EDS面扫描图像，可见多孔材料骨架部分的Fe、Al元素分布均匀。图5 1 000℃烧结后FeAl多孔材料面扫描图像
【参考文献】：
期刊论文
[1]含Al金属间化合物多孔材料的研究进展[J]. 刘亚南,焦欣洋,冯培忠. 中国材料进展. 2017(Z1)
[2]Fe-Al系合金抗高温硫化腐蚀性能研究进展[J]. 谈萍,陈金妹,汤慧萍,李艳军,杨保军,王建,李亚宁. 稀有金属材料与工程. 2012(S2)
[3]FeAl系合金抗高温氧化性能研究进展[J]. 谈萍,陈金妹,汤慧萍,王建永,王建,杨保军,李亚宁. 功能材料. 2012(S1)
[4]FeAl金属间化合物多孔材料高温硫化性能及应用[J]. 沈培智,高麟,高海燕,贺跃辉. 粉末冶金材料科学与工程. 2010(01)
[5]Fe3Al金属间化合物多孔材料的孔隙特征[J]. 陈斌,庞厚君,张修庆,叶以富. 机械工程材料. 2008(05)
[6]燃烧合成的发展现状[J]. 殷声. 粉末冶金技术. 2001(02)
[7]铁铝原子在金属间化合物形成中的扩散[J]. 王兴庆,隋永江,吕海波. 上海大学学报(自然科学版). 1998(06)
博士论文
[1]多孔FeAl基金属间化合物的制备及性能研究[D]. 刘亚南.中国矿业大学 2018
[2]Fe-Al金属间化合物多孔材料的研究[D]. 高海燕.中南大学 2009
本文编号：3512070
【文章来源】：有色金属工程. 2020,10(09)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
Fe-Al金属间化合物多孔材料孔隙率与温度关系
图1 Fe-Al金属间化合物多孔材料孔隙率与温度关系图3为不同烧结温度下的SEM图像，可见微观形貌上存在一定差异。在未烧结前，如图3(a）所示，压坯试样中Al大量团聚，而Fe散布其中，成为烧结后的多孔骨架。当烧结温度为500℃时，如图3(b）所示，Fe、Al元素粉末团聚的颗粒逐渐规则化，可以观察到图3(b）中出现大量的细小孔隙；随着烧结温度进一步提高到600℃时，如图3(c）所示，团聚的椭圆状颗粒逐渐变形，Fe、Al间通过扩散反应，形成孔径更大的孔隙；650℃烧结时，由于Fe、Al反应放热至实际温度超过Al的熔点，进而由Fe、Al间固固反应转变为更为剧烈的固液反应，液态Al由于被反应消耗而留下更大更多的孔隙，并且此阶段孔隙率也急剧上升；当烧结温度更高时如图3(e)～(f），孔隙结构在微观形貌上并无巨大差别，但是在物相以及孔隙率上存在不同，将在后面小节中继续讨论。
图4为在不同温度烧结下的未添加Si元素多孔材料XRD谱图，可见烧结温度的不同会严重影响物相变化。在500℃烧结时，仅有Fe与Al两种元素，说明在此温度下并未发生反应，生成新的物相；而在600℃时有部分Fe2Al5出现，说明此阶段存在：2Fe+5Al→Fe2Al5的反应，而此时温度低于Fe、Al熔点，所以此为固固扩散反应，这也是存在于600～650℃的主要反应。当烧结温度进一步升高时，由于温度达到Al的熔点之后，Fe与Al会发生剧烈的热爆反应[15]，而当Al被反应消耗完全时，生成的Fe2Al5又与剩余的Fe发生反应：3Fe+Fe2Al5→FeAl。可以发现在800℃时出现大量的FeAl，当烧结温度到1 000℃时，系统仅生成FeAl单一的相。图5为1 000℃烧结后的金属间化合物多孔材料EDS面扫描图像，可见多孔材料骨架部分的Fe、Al元素分布均匀。图5 1 000℃烧结后FeAl多孔材料面扫描图像
【参考文献】：
期刊论文
[1]含Al金属间化合物多孔材料的研究进展[J]. 刘亚南,焦欣洋,冯培忠. 中国材料进展. 2017(Z1)
[2]Fe-Al系合金抗高温硫化腐蚀性能研究进展[J]. 谈萍,陈金妹,汤慧萍,李艳军,杨保军,王建,李亚宁. 稀有金属材料与工程. 2012(S2)
[3]FeAl系合金抗高温氧化性能研究进展[J]. 谈萍,陈金妹,汤慧萍,王建永,王建,杨保军,李亚宁. 功能材料. 2012(S1)
[4]FeAl金属间化合物多孔材料高温硫化性能及应用[J]. 沈培智,高麟,高海燕,贺跃辉. 粉末冶金材料科学与工程. 2010(01)
[5]Fe3Al金属间化合物多孔材料的孔隙特征[J]. 陈斌,庞厚君,张修庆,叶以富. 机械工程材料. 2008(05)
[6]燃烧合成的发展现状[J]. 殷声. 粉末冶金技术. 2001(02)
[7]铁铝原子在金属间化合物形成中的扩散[J]. 王兴庆,隋永江,吕海波. 上海大学学报(自然科学版). 1998(06)
博士论文
[1]多孔FeAl基金属间化合物的制备及性能研究[D]. 刘亚南.中国矿业大学 2018
[2]Fe-Al金属间化合物多孔材料的研究[D]. 高海燕.中南大学 2009
本文编号：3512070
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