溶胶-凝胶法结合铝热反应合成NiAl-Al2O3/FeNiCr纳米复合材料的研究

admin · 发表于 2022-9-17 16:21:10

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铁铬铝合金具有优良的抗氧化性能，作为电热材料可在600℃以上温度长时间使用，但其高温力学性能较差，目前还不能作为高温结构材料使用。为了提高铁素体合金的高温力学性能，本文通过合理设计铝热剂成分，将溶胶-凝胶法与铝热反应合成技术相结合，利用重力场和离心场分别制备出了原位形成的高体积分数NiA-Al2O3复合相增强的铁基复合材料。本文采用扫描电子显微镜（SEM）、电子探针（EPMA）和透射电子显微镜（TEM）观察FeNiCr/NiAl-Al2O3复合材料的显微组织形貌；用X射线衍射仪（XRD）分析测定材料的物相组成，用X射线光电子能谱仪（XPS）和能谱仪（EDS）对材料元素的种类、化合价态、分布和含量进行分析。并通过上述分析对比了在重力场和离心力场中制备复合材料在成分和微观组织形貌的异同。同时，通过XRD、XPS、差示扫描量热法（DSC）、红外光谱（FTIR）等分析了干凝胶粉末及其450℃煅烧后的样品，研究了在煅烧过程中粉末及其表面的成分和基本结构的变化，并对粉末样品表面有机官能团的种类及所占的比例进行了深入探讨,进一步研究了NiA-Al2O3复合相的形成原因。复合材料的显微结构分析表明：在重力场和离心力场中制备的复合材料主要均由α-FeNiCr固溶体和NiAl-Al2O3复合相组成，材料组织成分均匀，复合相尺寸约为50nm，与基体FeNiCr界面共格；NiAl-Al2O3复合相重力场中为颗粒球形，离心场中复合相为空间编织状。重力法和离心法制备的FeNiCr/NiAl-Al2O3复合材料都具有优异的抗高温氧化性能，在800℃、100h 连续氧化时，增重幅度小于1mg/cm2，重力法试样氧化层厚度在2-3μm，而离心法试样氧化层厚度在1-2μm，氧化膜的主要组成为MOx、Al2O3 和Cr2O3三种氧化物；离心法制备的复合材料试样在1000℃恒温氧化100h后，增重幅度依旧小于1mg/cm2，氧化层厚度在2-3μm，氧化膜的主要成分是Al2O3。二氧化钛干凝胶颗粒的主要结构为O-Ti-O链网状结构，为无定形结构，表面有大量有机官能团，在高温下会向有序晶体转变；在SHS反应过程中，形成了O-Ti-O-Al-O的中间氧化物，导致NiAl-Al2O3复合相的形成。

溶胶-凝胶法结合铝热反应合成NiAl-Al2O3/FeNiCr纳米复合材料的研究

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