Алюминид железа
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для ферросплавов с ~ 50% алюминия, используемых в черной металлургии, см. Ферроалюминий .

Алюминиды железа представляют собой интерметаллические соединения железа и алюминия - они обычно содержат ~ 18% алюминия или более.

Хорошая стойкость к оксидам и сере, прочность, сопоставимая со стальными сплавами, и низкая стоимость материалов сделали эти соединения интересными для металлургии, однако низкая пластичность и проблемы с водородным охрупчиванием являются препятствиями для их обработки и использования в конструкционных приложениях.

Обзор

Высокая коррозионная стойкость железных сплавов, содержащих более 18% алюминия, была впервые отмечена в 1930-х годах. [1] Их прочность на разрыв выгодно отличается от стали, при этом используются только общие элементы; однако они имеют низкую пластичность при комнатной температуре, а прочность падает существенно более чем на 600 ° C. [1] Сплавы также обладают хорошей стойкостью к сульфидам и окислению, хорошей износостойкостью и меньшей плотностью, чем стали. [2] Пиковая прочность и твердость достигаются в стехиометрической области Fe 3 Al. [1] Хотя Al обеспечивает коррозионную стойкость через поверхность оксидной пленки, реакция (с водой) также может привести к охрупчиванию из-за водорода.образуется в реакции между Al и H 2 O. [1]

Хром (2-6%) улучшает пластичность при комнатной температуре. В 1996 году Кейми [1] сказал, что механизм не до конца понят, но предложил гипотезу о том, что он может уменьшить водородное охрупчивание за счет своей способности стабилизировать фазу FeAl. [1] Другие объяснения включали то, что хром может способствовать проскальзыванию кристаллических дислокаций , и что он может способствовать пассивации поверхности и предотвращать реакцию охрупчивания воды. [3] Неупорядоченный сплав (обозначенный FAPY), содержащий ~ 16% Al, ~ 5,4% Cr плюс ~ 0,1% Zr, C и Y, с ~ 1% Mo показал значительно улучшенную пластичность, существенно снизившись только ниже ~ 200 ° C (ср. 650 ° C). для Fe 3Al) - этот сплав также поддается холодной обработке. [2]

Фазы

Ниже ~ 18-20% (атомных) Al алюминий существует в виде твердого раствора в железе. Выше этой концентрации присутствуют FeAl (фаза B3) и Fe 3 Al ( фаза DO 3 ), существующие в форме кристаллических структур хлорида цезия (CsCl) и α- трифторида висмута (BiF 3 ). [1] Выше ~ 550 ° C фаза Fe 3 Al превращается в FeAl (и Fe). [3]

Свыше ~ 50% Al (атомных) также известны Fe 5 Al 8 , FeAl 2 , Fe 2 Al 5 и Fe 4 Al 13 - фазы с высоким содержанием Al проявляют высокую хрупкость. [3]

Подготовка

Реакция между Al и Fe с образованием алюминида железа является экзотермической . Производство путем прямого плавления Al и Fe является экономичным, но любая вода в загрузке вызывает проблемы с образованием водорода, который проявляет растворимость в алюминиде железа, что приводит к образованию газовых пустот. Продувка аргоном или вакуумная плавка смягчают это. [2]

Большой размер зерна очень вреден для пластичности, особенно в случае Fe 3 Al, и встречается в алюминидах чугуна. [2]

Покрытия из алюминида железа могут быть получены путем химического осаждения из паровой фазы на железо. [4]

Сопротивление ползучести

Высокая коррозионная стойкость сплавов FeAl делает их желательными для применения при высоких температурах в коррозионных средах. Однако сплавы FeAl обладают низким сопротивлением ползучести при высоких температурах из-за высокого коэффициента диффузии структуры B2. [5] Для использования в качестве жаропрочного сплава FeAl необходимо обработать, чтобы повысить его сопротивление ползучести. Двумя наиболее распространенными методами повышения сопротивления ползучести FeAl являются упрочнение твердого раствора и дисперсионное упрочнение. [5]

Было показано, что упрочнение твердого раствора снижает скорость стационарной ползучести и показатель степени FeAl за счет увеличения концентрации других переходных металлов в сплаве FeAl. [6]  Хотя это действительно увеличило сопротивление ползучести материала, оно все еще ограничено пластичностью FeAl, поскольку упрочненный сплав разрушился уже после 0,3% деформации.

Осадочное упрочнение в FeAl обычно достигается с помощью двух различных типов выделений: оксидных частиц и карбидов. [5] Было показано, что частицы оксида на основе Y размером 5 нм увеличивают сопротивление ползучести FeAl при температурах до 800 ° C. [7] Аналогичным образом, карбиды на основе Ti показали высокое сопротивление ползучести при низких напряжениях, что соответствует механизму дисперсионного упрочнения. [8] Хотя дисперсионное упрочнение превосходно увеличивает сопротивление ползучести, стабильность осадков при высоких температурах является ограничивающим фактором. Карбиды могут растворяться в FeAl, а частицы оксида могут укрупняться при температурах выше 1000 ° C. [5] В результате сплавы FeAl не были эффективно упрочнены для применений, требующих температуры выше 1000 ° C, и потребуются различные стратегии для дальнейшего повышения возможной рабочей температуры.

Использует

Потенциальные применения алюминидов железа включают: электрические нагревательные элементы , трубопроводы и другие работы для высокотемпературных процессов, включая трубопроводы для газификации угля, а также для труб перегревателя и подогревателя. [1] Он также был предложен в качестве конструкционного материала для использования на Луне. [9]

использованная литература

  1. ^ a b c d e f g h МакКейми, К.Г. (1996), «Алюминиды железа», « Физическая металлургия и обработка интерметаллических соединений» , стр. 351–391
  2. ^ a b c d Сикка, Винод К. (1994), "Обработка и применение алюминидов железа" , TMS Annual Meeting Proceedings Publications
  3. ^ a b c Заманзаде, Мохаммад; Барнуш, Афруз; Motz, Кристиан (2016), "Обзор на свойства алюминида железа интерметаллидов", кристаллы , 6 (10): 10, DOI : 10,3390 / cryst6010010
  4. ^ Джон, JT; Сундарараман, М .; Дубей, В .; SRINIVASA, RS (2013), "Структурная характеристика алюминида железа покрытий получают путем химического осаждения из паровой фазы", материалы Наука и техника , 29 (3): 357-363, DOI : 10,1179 / 1743284712Y.0000000105
  5. ^ a b c d Моррис, Дэвид Дж. Муньос-Моррис, Мария А; Чао, Иисус (2004-07-01). «Разработка высокопрочного, пластичного и устойчивого к ползучести алюминида железа» . Интерметаллиды . 12 (7): 821–826. DOI : 10.1016 / j.intermet.2004.02.032 . ISSN 0966-9795 . 
  6. ^ Чжан, W. J; Sundar, R. S; Деви, С. К. (2004-07-01). «Повышение сопротивления ползучести сплавов на основе FeAl» . Интерметаллиды . 12 (7): 893–897. DOI : 10.1016 / j.intermet.2004.02.020 . ISSN 0966-9795 . 
  7. ^ Моррис, DG; Gutierrez-Urrutia, I .; Муньос-Моррис, Массачусетс (1 июля 2008 г.). «Высокотемпературная ползучесть интерметаллида FeAl, усиленного наноразмерными частицами оксида» . Международный журнал пластичности . 24 (7): 1205–1223. DOI : 10.1016 / j.ijplas.2007.09.001 . ISSN 0749-6419 . 
  8. ^ Сундар, RS; Деви, Южная Каролина (25 сентября 2003 г.). «Высокотемпературная прочность и сопротивление ползучести FeAl» . Материалы Наука и техника: A . 357 (1): 124–133. DOI : 10.1016 / S0921-5093 (03) 00261-2 . ISSN 0921-5093 . 
  9. ^ Лэндис, Джеффри А. (2006), Улучшение материалов для производства солнечных батарей на Луне

внешние ссылки

  • Ребе Д., Алюминиды железа
Источник « https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Iron_aluminide&oldid=1012964330 »
Contribute a better translation