Fe-Al金属间化合物微叠层复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术为一种Fe

【技术实现步骤摘要】
Fe
‑
Al金属间化合物微叠层复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及材料加工
，具体是一种Fe
‑
Al金属间化合物微叠层复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]Fe/Al基金属间化合物由于其具有优异的强度及断裂韧性，Fe
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Al金属间化合物中的Fe3Al、FeAl等相原子间排列长程有序，结合力强，兼有金属键和共价键的特征，具有优良的抗氧化性能和高温结构特性。此外，Fe
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Al金属间化合物还表现出较高的比强度和中温强度，具有特殊的屈服强度和温度关系，被认为是一种介于高温合金与陶瓷之间的新型高温结构材料，广泛应用于航空航天构件等需要兼顾材料比强度及高温性能的领域因此，利用Fe
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Al金属间化合物制备的MIL材料将不仅具有良好的力学性能，还能兼具优良的高温抗腐蚀性能。而且，由于铁基金属及合金的原材料价格低廉，可以大幅降低MIL材料的成本，从而有助于推广MIL材料的大规模商业化应用。
[0003]人们针对金属间化合物微层复合材料开发出多种制备技术，主要有：轧制复合、热压扩散复合、爆炸焊接复合、脉冲电流加工等方法。其中爆炸焊接复合法和脉冲电流加工法由于设备及复合原理的限制，目前只适合在实验室中制备小尺寸的微叠层复合板材。而对于工业化生产中所需的大尺幅中、厚复合板材或多层复合板坯的制备，主要采用轧制复合法和热压扩散复合法。真空热压方法的优点是所制备界面结合牢固，是一种低温快速成形技术；同时采用真空条件可以避免加工过程中材料的氧化，获得较为均匀的组织结构。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了提供一种Fe
‑
Al金属间化合物微叠层复合材料及其制备方法。所述制备方法是采用创新的“多层薄箔”结构，将铁箔和铝箔交替叠放后，采用特殊热压扩散成形工艺进行复合叠层材料的制备，以获得具有优异性能的Fe
‑
Al金属间化合物微叠层复合材料。
[0005]本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种Fe
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Al金属间化合物微叠层复合材料，由交替叠置的厚Fe层和Fe
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Al复合体系组成，并且最底层和最顶层均为厚Fe层；其中，Fe
‑
Al复合体系由交替叠置的Fe
‑
Al金属间化合物层和薄Fe层组成，并且最底层和最顶层均为Fe
‑
Al金属间化合物层。
[0006]作为优选的技术方案，厚Fe层共有五层，Fe
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Al复合体系共有四层；每层Fe
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Al复合体系中，Fe
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Al金属间化合物层共有七层，薄Fe层共有六层。
[0007]进一步的，本专利技术还提供了上述Fe
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Al金属间化合物微叠层复合材料的制备方法，包括如下步骤：1）准备直径为26mm的厚Fe箔、薄Fe箔和薄Al箔，其中，厚Fe箔的厚度为2.0mm、薄Fe箔的厚度为0.3mm，薄Al箔的厚度为0.4mm，将厚Fe箔、薄Fe箔和薄Al箔表面进行预处理，除去表面的油污、杂质和氧化膜；
2）将预处理过的箔材按顺序依次叠放在一起，然后采用热压扩散成形工艺进行热压烧结；3）将叠层箔材从室温以10℃/min的升温速度加热到500℃，再以20℃/10min的升温速度加热到600℃，继续以5℃/10min的升温速度加热到655℃；4）在655℃时，保温5个小时，之后降温到200℃，随后进行炉冷，即获得Fe
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Al金属间化合物微叠层复合材料。
[0008]作为优选的技术方案，厚Fe箔、薄Fe箔的纯度均≥99.5%，薄Al箔的纯度≥99.5%。
[0009]作为优选的技术方案，箔材的预处理方法为，先用240#粗砂纸对箔材的两个垂直方向的面进行打磨，然后在通风处用镊子夹取脱脂棉蘸丙酮擦拭箔材，接着将箔材放入无水乙醇中超声波清洗10min，最后用烘干机烘干箔材。
[0010]作为优选的技术方案，薄Al箔在打磨之前用浓度为9%的NaOH溶液腐蚀5分钟。
[0011]与现有技术相比，本专利技术有益效果如下：1）本专利技术Fe
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Al金属间化合物微叠层复合材料采用热压扩散成形工艺制得，所使用的的金属箔片易于获得，易制备成整体大块材料，能产生高质量的界面，不需熔化母材，界面能够达到或接近母材的力学性能；所制备界面清晰且结合牢固，是一种低温快速成形技术；同时采用真空条件可以避免加工过程中材料的氧化，获得较为均匀的组织结构。
[0012]2）本专利技术Fe
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Al金属间化合物微叠层复合材料所采用的为具有创新性的“多层薄箔”结构，“多层薄箔”结构的目的是通过短程扩散控制金属间区域的化学成分，并且这种结构能够减少反应时间，并实现局部化学成分的控制，并允许金属/金属间化合物的结合，这是无法通过传统方法生产的；此外，金属/金属间化合物的比例可以通过改变多层薄箔体系的层数来调整。
[0013]3）本专利技术Fe
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Al金属间化合物微叠层复合材料界面清晰且结合牢固，金属间化合物的生长形貌为“舌状形貌”，所制得的成品受科肯达尔效应影响较小，相对致密，材料的整体性能优异。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，此处的附图用来提供对本专利技术的进一步说明，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用来解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0015]图1为本专利技术复合材料的整体结构示意图。
[0016]图2为本专利技术复合材料的局部结构示意图。
[0017]图3为本专利技术复合材料制备时叠层箔材的整体结构示意图。
[0018]图4为本专利技术复合材料制备时叠层箔材的局部结构示意图。
[0019]图5为本专利技术复合材料制备时热压扩散成形工艺曲线图。
[0020]图6为本专利技术复合材料100倍的金相显微组织图。
[0021]图7为本专利技术复合材料200倍的金相显微组织图。
[0022]图中：1
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厚Fe层、2
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Fe
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Al复合体系、3
‑
Fe
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Al金属间化合物层、4
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薄Fe层、5
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厚Fe箔、6
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薄Fe箔、7
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薄Al箔。
具体实施方式
[0023]为了使本领域技术人员更好的理解本专利技术，以下结合参考附图并结合实施例对本专利技术作进一步清楚、完整的说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0024]一种Fe
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Al金属间化合物微叠层复合材料，由交替叠置的厚Fe层1和Fe
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Al复合体系2组成，厚Fe层1共有五层，Fe...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Fe
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Al金属间化合物微叠层复合材料，其特征在于：由交替叠置的厚Fe层和Fe
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Al复合体系组成，并且最底层和最顶层均为厚Fe层；其中，Fe
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Al复合体系由交替叠置的Fe
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Al金属间化合物层和薄Fe层组成，并且最底层和最顶层均为Fe
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Al金属间化合物层。2.根据权利要求1所述的Fe
‑
Al金属间化合物微叠层复合材料，其特征在于：厚Fe层共有五层，Fe
‑
Al复合体系共有四层；每层Fe
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Al复合体系中，Fe
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Al金属间化合物层共有七层，薄Fe层共有六层。3.如权利要求2所述的Fe
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Al金属间化合物微叠层复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）准备直径为26mm的厚Fe箔、薄Fe箔和薄Al箔，其中，厚Fe箔的厚度为2.0mm、薄Fe箔的厚度为0.3mm，薄Al箔的厚度为0.4mm，将厚Fe箔、薄Fe箔和薄Al箔表面进行预处理，除去表面的油污、杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，赵文娟，王宇，李忠华，郝俊辉，王子琪，潘洪洋，王艳坤，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：