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反应合成Ni(Fe)-Al金属间化合物的研究
作 者: 谷征征
导 师: 崔洪芝
学 校: 山东科技大学
专 业: 材料加工工程
关键词: Ni-Al金属间化合物 Fe-Al金属间化合物 反应合成 绝热温度 反应过程
分类号: TG132.32
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
Ni-Al、Fe-Al系金属间化合物材料具有强度高,耐高温性好,导电、导热率高等优异性能,是介于高温合金和陶瓷之间最有希望的高温结构材料之一。由于金属间化合物存在的物相较多且制备复杂,对其反应过程及机理方面的研究存在一定的困难。研究Ni-Al、Fe-Al系金属间化合物的反应过程及各种工艺参数对反应过程和影响,对于提高其产品性能的可控性,扩大应用领域具有重要意义。本文以Ni、Al、Fe粉末为原料,通过加热使Ni与Al、Fe与Al发生原位反应,生成金属间化合物材料。首先计算了Ni-Al系、Fe-Al系不同金属间化合物的绝热温度,分析反应物配比(1:1、2:1、3:1)对生成物的物相组成的影响,探讨配比对物相的影响规律;结合差热分析实验及不同温度下烧结产物的物相组成,分析反应过程;并探讨了工艺参数(粉末粒度、升温速率、压坯强度)对反应过程的影响规律。研究结果表明:Ni-Al、Fe-Al体系不同金属间化合物的绝热温度均随着A1含量的变化而变化,在常温下Ni-Al体系中只有NiAl金属间化合物的绝热温度高于1800K,Fe-Al体系所有的金属间化合物绝热温度都低于1800K,要想发生自蔓延反应需要外界对体系进行能量补充。反应物配比对Ni-Al、Fe-Al两种体系烧结产物物相组成的影响规律大致相同。当Ni:Al=1:1(at.%)时,反应生成物只含有NiAl相,形态为不同位向的片层组织;当Ni:Al=2:1(at.%)时,生成物中含有NiAl和Ni3Al;相,形态为针片状的Ni3Al分布在黑色的NiAl基体上;当Ni:Al=3:1 (at.%)时,生成物只中有Ni3Al相,形态为形状不规则的块状组织,边界模糊。而当Fe:Al=1:1 (at.%)时,反应生成物只含有FeAl相;当Fe:Al=2:1 (at.%)时,生成物中含有FeAl和Fe3Al相;当Fe:Al=3:1 (at.%)时,生成物中只有Fe3Al相;对于Fe-Al体系,三种不同配比烧结产物的微观形貌有明显的不同,随着Fe含量的增多,颗粒越来越细小和均匀,颗粒间的结合也越来越紧密,孔隙也逐渐减小,致密化程度升高。反应生成NiAl、FeAl金属间化合物的反应过程相似:反应过程中都产生了两个放热峰和一个吸热峰,都是开始于固态扩散。首先发生生成中间相NiAl3、Ni2Al3(Fe2Al5)的反应,反应放热引发第一放热峰;随着反应的进行都有Al的熔化现象发生,并产生了吸热峰;最后中间相和剩余的Ni、Fe发生反应,生成最终产物,并引发第二放热峰。A1颗粒的大小,体系的升温速率和压坯强度对Ni-Al的反应过程都有很重要的影响:A1颗粒越小,越有利于固态扩散和液相的产生,能够促进反应的进行;升温速率升高,可以弥补反应过程中热量的损失,还可以提高反应体系的过热度,促进反应的进行;压坯密度越高,颗粒之间结合越紧密,越有利于反应过程的传质和传热,有利于提高反应速度。同时,改变压坯强度还可以改变反应模式,压坯强度足够高时,反应可以由自蔓燃模式转变成热爆模式。
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全文目录
摘要 5-7 Abstract 7-13 1 绪论 13-30 1.1 金属间化合物 13-15 1.2 Ni-Al金属间化合物 15-19 1.3 Fe-Al金属间化合物 19-23 1.4 金属间化合物的制备方法 23-28 1.5 课题的提出及主要研究内容 28-30 2 试验方法 30-36 2.1 实验材料 30-31 2.2 实验设备 31 2.3 工艺路线及实验步骤 31-33 2.4 实验方案 33-34 2.5 测试手段 34-36 3 反应合成Ni(Fe)-Al金属间化合物的热力学分析 36-42 3.1 绝热温度计算方法 36-37 3.2 Ni-Al金属间化合物的绝热温度计算(298K) 37-40 3.3 Fe-Al金属间化合物的绝热温度计算(298K) 40-41 3.4 小结 41-42 4 反应合成产物的物相以及组织结构分析 42-48 4.1 Ni-Al系不同配比反应分析 42-44 4.2 Fe-Al系不同配比反应分析 44-46 4.3 小结 46-48 5 反应过程以及工艺参数的影响分析 48-58 5.1 Ni:Al=1:1反应过程分析 48-51 5.2 工艺参数对NiAl反应过程的影响 51-54 5.3 Fe:Al=1:1反应过程分析 54-57 5.4 小结 57-58 6 总结与展望 58-60 6.1 全文总结 58-59 6.2 下一步的工作展望 59-60 参考文献 60-65 致谢 65-66 硕士期间参与的科研项目 66 发表的文章 66
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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 合金学与各种性质合金 > 特种物理性质合金 > 特种热性质合金 > 高熔点合金、难熔合金、高温合金
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