Fe-Al-Mn-C合金的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種高溫合金材料的制備方法，特別是涉及一種復(fù)合脫氧合金化材料 的制備方法，應(yīng)用于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，粉末冶金技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于交通、機(jī)械、電子、航空航天、兵器、生物、新能 源、信息和核工業(yè)等領(lǐng)域，成為新材料科學(xué)中最具發(fā)展活力的分支之一。粉末冶金技術(shù)具備 顯著節(jié)能、省材、性能優(yōu)異、產(chǎn)品精度高且穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，非常適合于大批量生產(chǎn)。 另外，部分用傳統(tǒng)鑄造方法和機(jī)械加工方法無法制備的材料和復(fù)雜零件也可用粉末冶金技 術(shù)制造，因而備受工業(yè)界的重視。
[0003] 采用機(jī)械合金化技術(shù)制備的彌散強(qiáng)化銅合金具有優(yōu)異的力學(xué)性能，機(jī)械合金化彌 散銅合金可以替代內(nèi)氧化法制備的彌散強(qiáng)化銅合金，是理想的引線框和電極材料。近年來， 機(jī)械合金化彌散強(qiáng)化鈦合金、鎳合金和鉬合金以及機(jī)械合金化彌散強(qiáng)化金屬間化合物的研 究日益增多，估計(jì)將有更多的新型彌散強(qiáng)化材料問世。
[0004] 鐵鋁錳碳是一種新型復(fù)合脫氧合金化材料，具有碳含量低、熔點(diǎn)低（1140°C~1195 °C)、密度大(5.4~5.7g/cm 3)等特點(diǎn)。鐵鋁錳碳合金常用于柴油機(jī)廢氣渦輪增壓器的渦輪、 鎮(zhèn)靜鋼和熱處理爐上進(jìn)行使用，是在高溫、高速和燃?xì)飧g工況下運(yùn)轉(zhuǎn)的，是增壓器的關(guān)鍵 部件。將其用于鋼液的脫氧合金化，其密度介于鋼液、鋼渣之間，能有效的提高鋁的利用率； 低的含碳量對(duì)抑制鋼液增碳能起到較好的作用；由于錳的存在，可加速脫氧反應(yīng)的進(jìn)行、促 進(jìn)脫氧產(chǎn)物從鋼液中迅速排除，達(dá)到凈化鋼液的目的。適量碳元素的加入可以細(xì)化晶粒尺 寸，提尚合金的延展性?，F(xiàn)有的鐵錯(cuò)猛碳合金的制備方法制備的尚溫合金材料中存在$父多 雜質(zhì)和夾雜，影響材料的耐腐蝕和耐熱性能，所制備的材料還不能滿足復(fù)雜工況的使用要 求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種 Fe-Al-Mn-C合金的制備方法，綜合了納米處理方法、動(dòng)磁壓制工藝、微波燒結(jié)工藝及粉末冶 金工藝等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過機(jī)械研磨法制備納米級(jí)Fe-Al-Mn-C復(fù)合粉體，將該納米粉體擠壓 成塊狀，并在還原保護(hù)性氣氛下較低溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)Fe-Al-Mn-C合金化。燒結(jié)時(shí)還原性氣 體的使用有效就降低了粉末的氧化，減少其他氧化物雜質(zhì)的產(chǎn)生;運(yùn)用納米技術(shù)制備的Fe-Al-Mn-C 合金的 晶粒得到細(xì)化 ，有效提高該合金的耐蝕性能和高溫抗氧化性能; 微量的稀土 元素鋪的加入使所得的Fe-Al-Mn-C合金的塑性得到極大的提高。本發(fā)明制備Fe-Al-Mn-C合 金的方法是一種操作簡單、得到合金具有高塑性、強(qiáng)耐蝕性、高溫抗氧化性的方法。
[0006] 為達(dá)到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，采用下述技術(shù)方案： 一種Fe-Al-Mn-C合金的制備方法，包括如下步驟： a.納米復(fù)合粉體的制備:采用機(jī)械球磨法，對(duì)實(shí)驗(yàn)原料還原鐵粉、鋁粉、錳粉、碳粉和 納米鋪粉按一定質(zhì)量比均勾混合配制納米復(fù)合粉體原料后放入球磨罐中，加入一定量的乙 醇作為分散劑，采用硬脂酸作為球磨介質(zhì)，將罐內(nèi)抽真空后再充入氬氣，然后通過一定時(shí)間 的球磨來制備納米復(fù)合粉體漿液，具體工藝參數(shù)如下： 納米復(fù)合粉體原料各組分的質(zhì)量配比如下： Fe 粉為 62~74 · 5wt · %，A1 粉為 5~9wt · %，Mn 粉為 20~30wt · %，C 粉為 0 · 5~1 · 3wt · %，納米 Ce 粉 為0~0.2wt.%; 乙醇和納米復(fù)合粉體原料的液固質(zhì)量比為85:15; 球磨時(shí)間為5~20h; 球磨轉(zhuǎn)速為250~350rpm; 球磨結(jié)束后，取出球磨后制備的納米復(fù)合粉體漿液，并置于真空干燥箱內(nèi)干燥，并最終 制得納米級(jí)Fe-Al-Mn-C復(fù)合粉體； b. Fe-Al-Mn-C合金成型:將在所述步驟a中制備的納米級(jí)Fe-Al-Mn-C復(fù)合粉體采用動(dòng) 磁壓制成型，然后在微波燒結(jié)爐內(nèi)還原保護(hù)性氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，完成燒結(jié)后再降溫后，最后 得到Fe-Al-Mn-C合金型材，其工藝參數(shù)如下： 微波頻率:2.45GHz; 燒結(jié)溫度:700~1000 °C; 燒結(jié)保溫時(shí)間:4~8h; 成型壓制力：25〇~400MPa; 降溫梯度:隨爐冷卻； 保護(hù)性氣體流量：50~200mL/min;所述還原保護(hù)性氣體優(yōu)選采用含有體積比為50 土 10%的氫氣和體積比為50 ± 10%的氮?dú)獾幕旌蠚怏w。
[0007] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)： 1. 本發(fā)明利用納米粉體制備Fe-Al-Mn-C合金，將納米級(jí)Fe-Al-Mn-C復(fù)合粉體擠壓成 塊狀，在還原保護(hù)性氣氛下實(shí)現(xiàn)Fe-Al-Mn-C合金化，得到Fe-Al-Mn-C塊狀合金； 2. 本發(fā)明的燒結(jié)時(shí)還原性氣體的使用有效就降低了粉末的氧化，減少其他氧化物雜 質(zhì)的產(chǎn)生； 3. 本發(fā)明運(yùn)用納米技術(shù)制備的Fe-Al-Mn-C合金的晶粒得到細(xì)化，有效提高該合金的 耐蝕性能和高溫抗氧化性能； 4. 本發(fā)明采用微量的稀土元素鈰的加入使所得的Fe-Al-Mn-C合金的塑性得到極大的 提尚。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳述如下： 實(shí)施例一： 在本實(shí)施例中，一種Fe-Al-Mn-C合金的制備方法，包括如下步驟： a.納米復(fù)合粉體的制備:取在無水乙醇介質(zhì)中，加入鐵粉、鋁粉、錳粉、碳粉按質(zhì)量比為 65:6: 28:0.8，再加入0. lwt. %的納米鈰粉，調(diào)整乙醇和納米復(fù)合粉體原料的液固質(zhì)量比為 85:15,配料完成后裝入不銹鋼球磨罐中，在高能球磨機(jī)上以300r/min的轉(zhuǎn)速球磨15h，制備 納米級(jí)Fe-Al-Mn-C復(fù)合粉體漿液，將制備得到的Fe-Al-Mn-C復(fù)合粉體漿液進(jìn)行真空干燥， 制得納米級(jí)Fe-Al-Mn-C復(fù)合粉體； b. Fe-Al-Mn-C合金成型： 將在所述步驟a中制備的納米級(jí)Fe-Al-Mn-C復(fù)合粉體米用動(dòng)磁壓制成塊狀，然后米用 微波燒結(jié)爐，在燒結(jié)爐內(nèi)還原氣氛下低溫度范圍內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，所述還原保護(hù)性氣體采用含 有體積比為1:1的氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，其工藝參數(shù)為:微波頻率為2.45 GHz，溫度為700 °C，燒結(jié)保溫時(shí)間為6h，降溫梯度為爐冷。氫氣的流量為180mL/min。完成燒結(jié)后再降溫后， 最后得到Fe-Al-Mn-C合金塊材。
[0009] 將獲得的Fe-Al-Mn-C合金塊材進(jìn)行性能測(cè)試及物相分析，實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果參見表1。
[0010] 實(shí)施例二： 本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處在于： 在本實(shí)施例中，F(xiàn)e-Al-Mn-C合金的制備方法，包括如下步驟： a. 納米復(fù)合粉體的制備:取在無水乙醇介質(zhì)中，加入鐵粉、鋁粉、錳粉、碳粉按質(zhì)量比為 65:6: 28:0.8，再加入0. lwt. %的納米鈰粉，調(diào)整乙醇和納米復(fù)合粉體原料的液固質(zhì)量比為 85:15,配料完成后裝入不銹鋼球磨罐中，在高能球磨機(jī)上以300r/min的轉(zhuǎn)速球磨15h，制備 納米級(jí)Fe-Al-Mn-C復(fù)合粉體漿液，將制備得到的Fe-Al-Mn-C復(fù)合粉體漿液進(jìn)行真空干燥， 制得納米級(jí)Fe-Al-Mn-C復(fù)合粉體； b. Fe-Al-Mn-C合金成型： 將在所述步驟a中制備的納米級(jí)Fe-Al-Mn-C復(fù)合粉體米用動(dòng)磁壓制成塊狀，然后米用 微波燒結(jié)爐，在燒結(jié)爐內(nèi)還原氣氛下低溫度范圍內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，所述還原保護(hù)性氣體采用含 有體積比為1:1的氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，其工藝參數(shù)為:微波頻率為2.45 GHz，溫度為800 °C，燒結(jié)保溫時(shí)間為5h，降溫梯度為爐冷。氫氣的流量為180mL/min。完成燒結(jié)后再降溫后， 最后得到Fe-Al-Mn-C合金塊材。
[0011] 將獲得的Fe-Al-Mn-C合金塊材進(jìn)行性能測(cè)試及物相分析，實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果參見表1。 [0012] 實(shí)施例三： 本實(shí)施例與前述實(shí)施例基本相同，特別之處在于： 在本實(shí)施例中，F(xiàn)e-Al-Mn-C合金的制備方法，包括如下步驟： a. 納米復(fù)合粉體的制備:取在無水乙醇介質(zhì)中，加入鐵粉、鋁粉、錳粉、碳粉按質(zhì)量比為 65:6:28:0.8，再加入0.15wt. %的納米鈰粉，調(diào)整乙醇和納米復(fù)合粉體原料的液固質(zhì)量比為 85:15,配料完成后裝入不銹鋼球磨罐中，在高能球磨機(jī)上以300r/min的轉(zhuǎn)速球磨1