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Fe3Al@al2O3磁损耗吸收剂的制备及其吸波性能研究

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Fe3Al@Al2O3磁损耗吸收剂的制备及其吸波性能研究

作者：张凯凯西安工业大学

学位级别：硕士

近年来,随着隐身技术的迅速发展,雷达探测能力和追踪能力不断提高,吸波材料成为了武器装备领域内的研究热点。feal磁性微粉是一种典型的磁损耗吸收剂,具有高的磁导率和居里温度,以及低的导电性和密度,是目前值得关注的热点研究方向。然... 详细信息

近年来,随着隐身技术的迅速发展,雷达探测能力和追踪能力不断提高,吸波材料成为了武器装备领域内的研究热点。feal磁性微粉是一种典型的磁损耗吸收剂,具有高的磁导率和居里温度,以及低的导电性和密度,是目前值得关注的热点研究方向。然而,随着服役温度的提高,feal磁性微粉也存在稳定性差、易被氧化,并导致吸波性能逐渐衰减的问题。因此,本文先通过机械合金化和有序化处理制备出片状feal磁性微粉吸收剂,再采用控制氧化的技术在feal微米级粉体表面构筑一层纳米级厚度的α-alO壳层,最终制备出具有抗氧化功能的feal@alO吸收剂,并对其在不同服役温度下的吸波性能进行探究。通过机械合金化和有序化处理来制备feal磁性微粉。首先探究了机械合金化工艺中的球磨时间和转速,制备出具有较大径厚比的片状fe(al)固溶体前驱粉体,继而增加材料形状的各向异性,这有利于界面极化的发生及突破Snoek极限的限制,提高吸波性能。在理想高能球磨工艺条件制备出前驱粉体,并进行有序化处理所获得的feal磁性微粉,实验探究了al含量和有序化温度在有序化工艺中对feal磁性微粉的微观形貌、相结构、磁性能以及电磁吸波性能的影响。发现al含量为30 at%、有序化温度为500℃的feal磁性微粉VSM曲线为典型的“S”曲线,饱和磁化强度最高,且电磁参数中材料的复磁导率虚部μ″中表现出了明显的共振峰,磁损耗角正切值(tanδ)说明其磁损耗性能最强。良好的阻抗匹配特性和优异的衰减特性,可通过界面极化、空间电荷极化和自然共振等吸收和损耗电磁波,在匹配厚度为1.25 mm的涂层反射损耗RL为-18.2 d B,有效吸收频带宽度f 可达6.5 GHz。采用控制氧化技术制备feal@alO吸收剂,即在微米级的feal磁性微粉表面原位自发生成以颗粒态紧密堆积的均匀致密α-alO保护膜。实验研究了通氧量和煅烧时间对壳层厚度的致密性和均匀性影响规律,继而得到了以feal为内核、α-alO为外壳,具有纳米级核壳结构的feal@alO吸收剂。研究发现通氧量和煅烧时间过低时,α-alO颗粒分布分散,难以对feal形成包覆层,而通氧量和煅烧时间过高时,α-alO颗粒异常长大,团聚现象明显,形成的壳层过厚,使材料的软磁性能降低,影响其电磁性能和吸波性能。当通氧流量为5 m L、煅烧时间为2 h时,制备出的feal@alO吸收剂有着连续、均匀、致密的α-alO包覆层,且厚度为纳米级,电磁参数中表现出的磁损耗性能最强。其中介电损耗正切值(tanδ)和磁损耗角正切值(tanδ)的相近程度,表明其良好的阻抗匹配能力,可以使电磁波传入吸收剂内部而不被反射出去,且具有的衰减系数a的值反映出其良好电磁波衰减性能,继而在匹配厚度为1.25 mm时所达到的反射损耗RL为-18.6d B,有效吸收频带宽度f 为6.0 GHz。通过在不同温度(25℃、200℃、300℃、400℃)下对具有最佳吸波性能的feal和feal@alO吸收剂进行服役,发现feal吸收剂在服役温度达到400℃时,物相中出现γ-alO相和feO相,而feal@alO吸收剂在不同服役温度下物相均未产生变化,说明feal@alO吸收剂的抗氧化性能更优异。在电磁参数中,两种吸收剂在服役温度为400℃时,对比其磁损耗角正切值(tanδ)的变化可以发现,feal吸收剂的磁损耗性能衰减幅度远高于feal@alO吸收剂,这说明alO纳米壳层可以有效阻碍氧原子的侵入,继而防止内部的feal氧化,保障吸收剂的磁性能,使其具有良好的电磁波吸收性能。在匹配厚度1.50 mm条件下,对比不同服役温度的反射损耗图可以发现,在温度400℃时,feal吸收剂相较于室温25℃时,最大有效吸收频宽f 降低了46.8%,而feal@alO吸收剂仅为19.2%。feal@alO吸收剂在400℃服役后表现出更大的有效吸收频带宽度,表明alO纳米壳层改善了feal吸收剂的高温抗氧化,使其能够在400℃以上服役后长期工作,拓宽了服役温度区间。

关键词：机械合金化有序化控制氧化吸波材料 Fe3Al Fe3Al@al2O3

原位合成alN-fe_3al增强铁基等离子熔覆层结构及性能

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表面技术 2018年第11期47卷 218-224页

作者：唐明奇李刚冯在强王文闫镇威上官林建张瑞珠华北水利水电大学材料学院郑州450045 华北水利水电大学土木与交通学院郑州450045 华北水利水电大学机械学院郑州450045

目的采用等离子熔覆技术,制备性能优良的alN-fe_3al增强fe基熔覆层。方法采用al粉和fe基合金粉为熔覆材料,利用等离子熔覆技术,以氮气为保护气体和反应气体,在Q235基体上制备fe基熔覆层。采用X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计、磨损... 详细信息

目的采用等离子熔覆技术,制备性能优良的alN-fe_3al增强fe基熔覆层。方法采用al粉和fe基合金粉为熔覆材料,利用等离子熔覆技术,以氮气为保护气体和反应气体,在Q235基体上制备fe基熔覆层。采用X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计、磨损试验机和电化学工作站,研究了al对fe基熔覆层的相组成、组织形貌、硬度、耐磨性和耐腐蚀性的影响。结果以fe基合金粉为熔覆材料时制备的熔覆层主要由α-fe和Cr组成,al(质量分数为6%)的加入使熔覆层中出现alN、fe_3al及Cr5al8相。两种情况下制备的熔覆层均成形良好,且与基体呈冶金结合。含al熔覆层中原位合成的alN颗粒弥散分布于熔覆层中,尺寸小于5μm。al的加入使熔覆层的最高硬度由之前的340HV0.5增加至1350HV0.5,使熔覆层的耐磨性提高4.6倍。并使熔覆层表面形成钝化膜,显著提高了其耐腐蚀性。结论采用等离子熔覆技术制备出的alN-fe_3al增强fe基熔覆层,其耐磨性和耐腐蚀性得到显著提高。

关键词：等离子熔覆层 alN Fe3Al 耐磨性耐腐蚀性

Fe3Al基复合摩阻材料摩擦磨损行为的研究进展

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材料科学与工程学报 2019年第6期37卷 1017-1021页

作者：姚远揭晓华广东工业大学材料与能源学院

本文针对Fe3Al基复合摩阻材料的摩擦磨损行为进行综述。结果表明,掺杂有助于提高Fe3Al基体性能,如添加Cr、Zr、B、Cu、Ni等合金元素可提高韧性、消除孔隙或强化晶界;添加TiC、al2O3等硬质质点和碳纳米管则可提高硬度、强度和耐磨性。影... 详细信息

本文针对Fe3Al基复合摩阻材料的摩擦磨损行为进行综述。结果表明,掺杂有助于提高Fe3Al基体性能,如添加Cr、Zr、B、Cu、Ni等合金元素可提高韧性、消除孔隙或强化晶界;添加TiC、al2O3等硬质质点和碳纳米管则可提高硬度、强度和耐磨性。影响Fe3Al基复合摩阻材料摩擦磨损行为的主要因素有环境温度、摩擦载荷、摩擦速率和摩擦副的相对硬度等。进一步对比分析发现,当摩擦副的相对硬度相似时,即便材料体系不同,摩擦磨损行为也可能极为相似;反之,即便材料体系相同,摩擦磨损行为却可能完全不同。这说明摩擦副的相对硬度可能是影响摩擦学行为的关键。

关键词： Fe3Al 摩阻材料摩擦学行为

洁净煤用非对称结构fe_3al滤材的性能测试研究

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粉末冶金技术 2013年第3期31卷 180-184页

作者：王浩杨军军刘冠颖王凡赵雪源中国钢研科技集团安泰科技股份有限公司北京100081

随着洁净煤技术在中国的大规模装置应用,高温高压合成气净化除尘技术及材料得到越来越高度的重视。详细介绍了自主开发的以Fe3Al为材料的新型耐高温耐腐蚀过滤管各项性能测试与模拟评价。结果表明:非对称结构Fe3Al过滤管具有良好的耐腐... 详细信息

随着洁净煤技术在中国的大规模装置应用,高温高压合成气净化除尘技术及材料得到越来越高度的重视。详细介绍了自主开发的以Fe3Al为材料的新型耐高温耐腐蚀过滤管各项性能测试与模拟评价。结果表明:非对称结构Fe3Al过滤管具有良好的耐腐蚀能力、较高的高温力学性能、优异的流通能力与再生性能,完全达到了高温腐蚀环境气固分离所需要的各项理化和应用性能要求。

关键词：煤气化 Fe3Al 过滤管性能

等温处理对含10wt%Mo的纳米晶fe_3al性能的影响

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材料热处理学报 2011年第6期32卷 1-5页

作者：喇培清李翠玲杨洋白亚平魏玉鹏卢学峰郭鑫兰州理工大学甘肃省有色金属新材料国家重点实验室甘肃兰州730050

通过铝热反应法制备了含10 wt%Mo的纳米晶Fe3Al材料,并对制得的材料进行了600和800℃的等温热处理,利用XRD和TEM研究了等温热处理前后组织的变化,并测试了应力应变曲线和屈服强度。结果表明:等温热处理前后,材料的晶体结构没有发生变化... 详细信息

通过铝热反应法制备了含10 wt%Mo的纳米晶Fe3Al材料,并对制得的材料进行了600和800℃的等温热处理,利用XRD和TEM研究了等温热处理前后组织的变化,并测试了应力应变曲线和屈服强度。结果表明:等温热处理前后,材料的晶体结构没有发生变化,均由无序bcc结构的Fe3Al相组成;材料经热处理后的平均晶粒尺寸和屈服强度在600～800℃之间增加显著,并在800℃等温热处理8 h后分别达到最大值43 nm和960 MPa;热处理后,材料在断裂前的最大变形量提高了15%左右,并有良好的塑性变形平台,塑性显著提高。等温热处理是一种提高纳米晶材料综合力学性能的可行方法。

关键词： Fe3Al 纳米晶等温处理组织力学性能

机械化学反应合成fe_3al-al_2O_3复合粉体

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材料热处理学报 2013年第6期34卷 1-4页

作者：贾建刚郭铁明张建斌安亮季根顺马勤兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室甘肃兰州730050 兰州工业学院甘肃兰州730050

以fe3O4粉和al粉为原料,采用机械球磨诱发化学反应制备了Fe3Al-al2O3纳米晶复合粉体。利用X射线衍射仪(XRD)和附带能量色散谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)对复合粉体球磨过程中的固态反应过程、表面形貌进行表征。结果表明,球磨过程中,... 详细信息

以fe3O4粉和al粉为原料,采用机械球磨诱发化学反应制备了Fe3Al-al2O3纳米晶复合粉体。利用X射线衍射仪(XRD)和附带能量色散谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)对复合粉体球磨过程中的固态反应过程、表面形貌进行表征。结果表明,球磨过程中,30 min后混合粉末中开始出现少量的al2O3颗粒,1 h后大部分fe3O4被还原,形成α-al2O3、θ-al2O3、fe(al)固溶体和feO,另有al剩余。球磨3 h后,大部分的θ-al2O3转变为α-al2O3,fe(al)固溶体、feO和剩余的al粉在机械力的作用下反应形成feal化合物和fe.911O。继续球磨至5 h后,feal化合物和fe.911O相互反应而完全消耗,得到Fe3Al-al2O3复合粉体。机械力诱发的fe3O4和al之间的反应属于突发型反应,诱发反应的临界球磨时间约为50 min。

关键词： Fe3Al al2O3 机械化学纳米复合粉体

al_2O_3粉末对MA-SPS制备fe_3al材料显微组织的影响

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粉末冶金技术 2008年第6期26卷 435-438页

作者：望斌彭志方武汉大学动力与机械学院武汉430072

采用机械活化-放电等离子烧结(MA-SPS)方法制备了Fe3Al材料,使用X射线衍射仪和电子显微镜对球磨粉体和烧结块体进行了研究。球磨之前加入纳米al2O3粉末可以有效地细化烧结材料的显微组织,提高其力学性能。加入2%～5%(质量分数,以下同)al... 详细信息

采用机械活化-放电等离子烧结(MA-SPS)方法制备了Fe3Al材料,使用X射线衍射仪和电子显微镜对球磨粉体和烧结块体进行了研究。球磨之前加入纳米al2O3粉末可以有效地细化烧结材料的显微组织,提高其力学性能。加入2%～5%(质量分数,以下同)al2O3时,对显微组织的细化作用明显,材料的显微硬度提高,超过5%时,孔隙度上升,显微硬度下降。

关键词： Fe3Al al2O3 放电等离子烧结晶粒细化

机械合金化及真空热压制备纳米晶fe_3al的组织及性能

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材料热处理学报 2009年第5期30卷 127-130页

作者：韩啸汤文明任榕汪峰涛吴玉程郑治祥合肥工业大学材料科学与工程学院安徽合肥230009

采用机械合金化(MA)及热压烧结工艺制备纳米晶Fe3Al块体材料。采用X射线衍射、透射电镜、扫描电镜等对MA粉体及热压块体的相及显微组织进行分析,并对热压块体的力学性能及断口形貌进行了测试分析。结果表明:fe72al28混合粉在球磨过程中... 详细信息

采用机械合金化(MA)及热压烧结工艺制备纳米晶Fe3Al块体材料。采用X射线衍射、透射电镜、扫描电镜等对MA粉体及热压块体的相及显微组织进行分析,并对热压块体的力学性能及断口形貌进行了测试分析。结果表明:fe72al28混合粉在球磨过程中,al逐渐溶入fe中,形成fe(al)过饱和固溶体,纳米晶粉体的结构有序度较低。在1200℃,保温1h下真空热压烧结,fe(al)转变为有序的DO3-Fe3Al,同时发生晶粒长大。Fe3Al块体晶粒尺寸为40.1nm,相对密度大于96%,维氏硬度626.8 HV,三点弯曲强度985MPa;弯曲断口为脆性断口,但也呈现出一定韧性断裂特征。

关键词：机械合金化 Fe3Al 热压烧结显微组织力学性能

Electrochemical behavior of microbiologically influenced corrosion on fe_3al in marine environment

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Acta Metallurgica Sinica(English Letters) 2009年第4期22卷 313-320页

作者： Xueting CHANG Shougang CHEN Guanhui GAO Yansheng YIN Sha CHENG Tao LIU Institute of Materials Science and Technology Ocean University of China Qingdao 266100 China

In this article, microbiologically influenced corrosion behavior of Fe3Al intermetallie compound in microorganism culture medium has been investigated by using weight loss methods, electrochemical techniques, and electron microscopy. Polarization curves showed that a sharp electrical current peak caused by surface pitting could be observed after Fe3Al electrodes were immersed in culture medium for 15 days when the polarization potential was about -790 mV vs SCE. Based on the electrochemical impedance spectroscopy （EIS） and the equivalent circuit parameters of the associated system, the corrosion products were found to exhibit a two-layer structured feature and the microorganisms could induce pitting and erosion corrosion of the inner layer. In addition, the passivating film of the inner layer was absolutely destroyed by microbial metabolic products.

关键词： Electrochemical behavior Fe3Al Microbiologically influenced corrosion Marine