CN110396603B - 一种铁铝合金的重熔方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铁铝合金的重熔方法，包括以下步骤：1)去除原始铁铝合金表面的氧化层，再在室温下进行冷轧，得铁铝合金粉末；2)对步骤1)得到的铁铝合金粉末进行超声清洗，以去除铁铝合金表面上附着的污渍；3)在经步骤2)处理得到的铁铝合金粉末表面覆盖一层中性氧化铝粉末，以隔绝空气，然后在惰性气体的气氛下加热至1220‑1600℃，并进行保温，然后随炉冷却，得铁铝合金样品；4)去除铁铝合金样品表面的氧化铝粉末，再对铁铝合金样品表面进行打磨，完成铁铝合金的重熔，该方法能够实现铁铝合金的重熔，且具有成本低、效率高的特点。

Description

一种铁铝合金的重熔方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，涉及一种铁铝合金的重熔方法。
背景技术
铁铝金合金属于金属间化合物，兼具低密度、高强度和优异的高温抗氧化性等优点，不含贵金属元素，生产成本较低，且延展性比Ti-AI系金属间化合物更好，有望成为新一代的高温结构材料，具有重要的研究价值与广阔的应用前景。目前已投入实际生产中应用的铁铝合金有Fe3Al、FeAl、FeAl2、Fe2Al5和FeAl3。
制备铁铝合金的方法主要有熔炼法和粉末烧结法。铁的熔点为1535℃，而铝的熔点为660℃，相差较大。当以铁、铝单质为进行熔炼时，液态纯铝会剧烈沸腾，导致铝的挥发，使得成分和组织结构不均匀，有较大的孔隙。而使用粉末冶金法热压烧结制备的铁铝合金同样孔隙较多，使得铁铝合金高强度、高硬度的优势无法发挥，限制了其实际生产中的使用。
针对这一问题，目前常用的方法是，将含有孔隙粗铸铁铝合金进行多次重熔以减少内部孔隙并使成分和组织结构均匀。常用的重熔方法有三种：一是真空电弧熔炼，由于水冷铜坩埚存在较大的温度梯度，故重熔得到的合金内部为细晶区而外部为粗晶区，组织均匀性较差；二是水冷铜坩埚悬浮熔炼，该方法设备造价高，熔炼成本高；三是使用真空管式炉，将块状样品在熔点以上进行保温，但由于铁铝合金导热性较差，使用该方法进行重熔时，若想使得得到均匀的内部组织，所需保温时间很长，熔炼效率低，成本也会相应增加。
因此寻找一个合适的工艺实现高效率、低成本的铁铝合金重熔，是铁铝合金在实际生产中成功推广应用的关键。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种铁铝合金的重熔方法，该方法能够实现铁铝合金的重熔，且具有成本低、效率高的特点。
为达到上述目的，本发明所述的铁铝合金的重熔方法包括以下步骤：
1)去除原始铁铝合金表面的氧化层，再在室温下进行冷轧，得铁铝合金粉末；
2)对步骤1)得到的铁铝合金粉末进行超声清洗，以去除铁铝合金表面上附着的污渍；
3)在经步骤2)处理得到的铁铝合金粉末表面覆盖一层中性氧化铝粉末，以隔绝空气，然后在惰性气体的气氛下加热至1220-1600℃，并进行保温，然后随炉冷却，得铁铝合金样品；
4)去除铁铝合金样品表面的氧化铝粉末，再对铁铝合金样品表面进行打磨，完成铁铝合金的重熔。
步骤1)中打磨去除原始铁铝合金表面的氧化层。
中性氧化铝粉末的粒径为200-300目。
所述惰性气体为氩气。
步骤3)中加热的加热速度为10℃/min。
步骤3)中的保温时间为3-18h。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的铁铝合金的重熔方法在具体操作时，基于粉末的表面能远大于块体表面能的特点，将原始铁铝合金冷轧为铁铝合金粉末，然后将铁铝合金粉末进行重熔，以实现铁铝合金的快速重熔，重熔的效率高，且成本低，另外，需要说明的是，本发明将原始铁铝合金冷轧为铁铝合金粉末，相比于单纯的铁粉和铝粉作为熔炼原料，铁铝合金自身脆性大，粉末制备过程简易，无需球磨等工艺，且铁铝合金属于金属间化合物，抗氧化性能显著优于单质铁粉和单质铝粉，因而真空需求较低，使得在实现高重熔效率的同时，降低制备的工艺及成本。
附图说明
图1为粗铸铁铝合金的示意图；
图2a为粗铸铁铝合金微观组织的示意图；
图2b为图2a的放大图；
图3为冷轧得到的铁铝合金粉末示意图
图4为重熔后铁铝合金的示意图；
图5a为重熔后铁铝合金微观组织的示意图；
图5b为图5a的放大图；
图6为重熔后铁铝合金成分测试结果的示意图；
图7为重熔后铁铝合金显微维氏硬度测试压痕的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明所述的铁铝合金的重熔方法包括以下步骤：
1)去除原始铁铝合金表面的氧化层，再在室温下进行冷轧，得铁铝合金粉末；
2)对步骤1)得到的铁铝合金粉末进行超声清洗，以去除铁铝合金表面上附着的污渍；
3)在经步骤2)处理得到的铁铝合金粉末表面覆盖一层中性氧化铝粉末，以隔绝空气，然后在惰性气体的气氛下加热至1220-1600℃，并进行保温，然后随炉冷却，得铁铝合金样品；
4)去除铁铝合金样品表面的氧化铝粉末，再对铁铝合金样品表面进行打磨，完成铁铝合金的重熔。
步骤1)中打磨去除原始铁铝合金表面的氧化层。
中性氧化铝粉末的粒径为200-300目。
所述惰性气体为氩气。
步骤3)中加热的加热速度为10℃/min。
步骤3)中的保温时间为3-18h。
实施例一
针对成本为Fe:Al＝56.4:43.6wt.％的铁铝合金，本发明的具体过程为：
1)取粗铸铁铝合金，参考图1，合金成分为Fe:Al＝56.4:43.6wt.％，纯度为99.9％，主要杂质成分为C、Si、Mn及P等，从其微观组织图可看出含有较多孔隙且组织结构不均匀，参考图2a及图2b；
2)将含有较多孔隙的粗铸铁铝合金打磨除去表面氧化层，再在室温下进行冷轧，利用其自身脆性形成铁铝合金粉末，参考图3；
3)分别用去离子水及无水乙醇对铁铝合金粉末进行超声清洗，以去除其上附着污渍；
4)将清洗后的粉末转移至刚玉坩埚中，表面覆盖粒径大小为200-300目的中性氧化铝粉末，以隔绝空气；
5)将样品送入管式炉中，在流动的氩气下，以10℃/min的加热速度加热至1220-1600℃，保温9h；
6)将样品随炉冷却后，去除其表面氧化铝粉末，打磨除去氧化层，得重熔完成的铁铝合金，参考图4，从微观组织图可看出重熔后的铁铝合金无孔隙，组织结构均匀，参考图5a及图5b。
对重熔后的铁铝合金打磨抛光平整，并清洗干净后进行成分分析。用日立SU6600型可变真空度热场发射扫描电子显微镜，加速电压为15kV，在室温及真空下，采用大束流条件进行微区成分分析，测试结果如图6所示，成分为Fe:Al＝56.50:43.50wt.％。
对重熔后的铁铝合金进行硬度测试，测试所用仪器为上海万衡精密仪器有限公司HVS-1000ZA型自动转塔数显显微维氏硬度计，试验力为200gf，保载时间为15秒，对角线长度在放大倍数400x的光学显微镜下进行测量，压痕面积测量两次取平均值以减少人为误差，测试在室温下进行，测试压痕如图7所示，硬度为728HV。
实施例二
本发明所述的铁铝合金的重熔方法包括以下步骤：
1)去除原始铁铝合金表面的氧化层，再在室温下进行冷轧，得铁铝合金粉末；
2)对步骤1)得到的铁铝合金粉末进行超声清洗，以去除铁铝合金表面上附着的污渍；
3)在经步骤2)处理得到的铁铝合金粉末表面覆盖一层中性氧化铝粉末，以隔绝空气，然后在惰性气体的气氛下加热至1400℃，并进行保温，然后随炉冷却，得铁铝合金样品；
4)去除铁铝合金样品表面的氧化铝粉末，再对铁铝合金样品表面进行打磨，完成铁铝合金的重熔。
步骤1)中打磨去除原始铁铝合金表面的氧化层。
中性氧化铝粉末的粒径为200-300目。
所述惰性气体为氩气。
步骤3)中加热的加热速度为10℃/min。
步骤3)中的保温时间为10h。
实施例三
本发明所述的铁铝合金的重熔方法包括以下步骤：
1)去除原始铁铝合金表面的氧化层，再在室温下进行冷轧，得铁铝合金粉末；
2)对步骤1)得到的铁铝合金粉末进行超声清洗，以去除铁铝合金表面上附着的污渍；
3)在经步骤2)处理得到的铁铝合金粉末表面覆盖一层中性氧化铝粉末，以隔绝空气，然后在惰性气体的气氛下加热至1600℃，并进行保温，然后随炉冷却，得铁铝合金样品；
4)去除铁铝合金样品表面的氧化铝粉末，再对铁铝合金样品表面进行打磨，完成铁铝合金的重熔。
步骤1)中打磨去除原始铁铝合金表面的氧化层。
中性氧化铝粉末的粒径为200-300目。
所述惰性气体为氩气。
步骤3)中加热的加热速度为10℃/min。
步骤3)中的保温时间为18h。
实施例四
本发明所述的铁铝合金的重熔方法包括以下步骤：
1)去除原始铁铝合金表面的氧化层，再在室温下进行冷轧，得铁铝合金粉末；
2)对步骤1)得到的铁铝合金粉末进行超声清洗，以去除铁铝合金表面上附着的污渍；
3)在经步骤2)处理得到的铁铝合金粉末表面覆盖一层中性氧化铝粉末，以隔绝空气，然后在惰性气体的气氛下加热至1220℃，并进行保温，然后随炉冷却，得铁铝合金样品；
4)去除铁铝合金样品表面的氧化铝粉末，再对铁铝合金样品表面进行打磨，完成铁铝合金的重熔。
步骤1)中打磨去除原始铁铝合金表面的氧化层。
中性氧化铝粉末的粒径为200-300目。
所述惰性气体为氩气。
步骤3)中加热的加热速度为10℃/min。
步骤3)中的保温时间为3h。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于构思本发明所属技术领域的与本发明相同工艺过程，都视为本发明有所提交的权利要求所限定的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种铁铝合金的重熔方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)去除原始铁铝合金表面的氧化层，再在室温下进行冷轧，得铁铝合金粉末；
2)对步骤1)得到的铁铝合金粉末进行超声清洗，以去除铁铝合金表面上附着的污渍；
3)在经步骤2)处理得到的铁铝合金粉末表面覆盖一层中性氧化铝粉末，以隔绝空气，然后在惰性气体的气氛下加热至1220-1600℃，并进行保温，然后随炉冷却，得铁铝合金样品；
4)去除铁铝合金样品表面的氧化铝粉末，再对铁铝合金样品表面进行打磨，完成铁铝合金的重熔。
2.根据权利要求1所述的铁铝合金的重熔方法，其特征在于，步骤1)中打磨去除原始铁铝合金表面的氧化层。
3.根据权利要求1所述的铁铝合金的重熔方法，其特征在于，中性氧化铝粉末的粒径为200-300目。
4.根据权利要求1所述的铁铝合金的重熔方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。
5.根据权利要求1所述的铁铝合金的重熔方法，其特征在于，步骤3)中加热的加热速度为10℃/min。
6.根据权利要求1所述的铁铝合金的重熔方法，其特征在于，步骤3)中的保温时间为3-18h。
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