Fe-,3-Si基金屬間化合物的制備與抗氧化性能研究.pdf

1、Fe3Si基金屬間化合物因其優(yōu)越的磁學(xué)、電學(xué)性能，一直是功能材料界研究的熱點(diǎn)。然而，DO3型Fe3Si所具有的優(yōu)越耐腐蝕、抗氧化、耐摩擦以及制備原料低廉、制備方法簡便等優(yōu)點(diǎn)，很可能使其成為一種潛在的結(jié)構(gòu)材料，但與之相關(guān)的工作卻并未引起人們足夠的重視。另外，多元化、復(fù)相化是目前金屬間化合物發(fā)展的一大趨勢(shì)，然目前基于DO3型Fe3Si多元金屬間化合物作為結(jié)構(gòu)材料的研究工作甚少，這類工作將能夠使Fe3Si作為結(jié)構(gòu)材料的性能得到深入的挖掘與進(jìn)一

2、步提升，從而加速其作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用。 論文通過元素Al的合金化或Al，Cr的復(fù)合合金化，以調(diào)整材料的長程有序度為改性思想，來進(jìn)一步改善Fe3Si的力學(xué)性能。采用真空電弧熔煉法制備了Fe3(Si1-x,Alx)和Fe-Si-Cr-Al類Fe3Si基金屬間化合物，通過XRD、SEM、EPMA等對(duì)材料進(jìn)行了表征，并定量計(jì)算了材料的長程有序度，同時(shí)對(duì)材料的硬度、抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度等力學(xué)性能進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。另外，F(xiàn)e3Si基金屬間化合物

3、所具有的優(yōu)越抗氧化性是其作為結(jié)構(gòu)材料的一大優(yōu)勢(shì)，因此論文采用奧氏體不銹鋼AISI3O4作為參照，對(duì)制備的Fe3Si基金屬間化合物在800℃、900℃下，120h的循環(huán)氧化行為進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并采用有效擴(kuò)散系數(shù)Deff與氧化速度常數(shù)結(jié)合的方式對(duì)相關(guān)氧化動(dòng)力學(xué)過程進(jìn)行了理論分析。 結(jié)果表明，隨Al含量增加，F(xiàn)e3(Si1-x，Alx)的長程有序度降低；而Fe-Si-Cr-Al體系中，隨Si含量降低材料有序度下降，且Al，Cr的復(fù)合效

4、應(yīng)對(duì)這一趨勢(shì)起到了促進(jìn)作用。元素的合金化改性降低了Fe3Si金屬間化合物的顯微硬度，但抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度得到了提高，且Al，Cr復(fù)合合金化對(duì)力學(xué)性能的改善效果較之單一Al合金化更為顯著。綜合評(píng)價(jià)表明，適中的長程有序度與變形時(shí)一定加工硬化的復(fù)合作用是Fe3Si基金屬間化合物強(qiáng)度和應(yīng)變量提高的重要原因。 高溫氧化方面，F(xiàn)e3Si金屬間化合物表現(xiàn)出較AISI 304不銹鋼優(yōu)越的高溫抗氧化性能，且改性的Fe3Si因保護(hù)性氧化膜Al2O3

5、的存在，其抗氧化性顯著提高。理論分析表明Fe3(Si1-x，Alx)中，F(xiàn)e3(Si0.67,Al0.33)和Fe3(Si0.80,Al0.20)的氧化膜生長機(jī)制以Al的亞晶界擴(kuò)散為主，并輔以O(shè)的晶界擴(kuò)散；Fe3(Si0.33,Al0.67)在900℃下氧化膜生長機(jī)制發(fā)生改變，且亞穩(wěn)態(tài)Al2O3的穩(wěn)定化轉(zhuǎn)變對(duì)其氧化速度常數(shù)的降低起到了重要作用。另外，F(xiàn)e-Si-Cr-Al中，元素Cr對(duì)亞穩(wěn)態(tài)Al2O3的穩(wěn)定化轉(zhuǎn)變起到了促進(jìn)作用，特別是9