一种片层取向可控的FeAl单晶及其制备方法

本发明属于金属间化合物领域，具体涉及一种片层取向可控的feal单晶合金及其制备方法。

背景技术：

1、目前国内外对金属间化合物的研究主要集中在ti-al、ni-al、fe-al等体系，其中ti-al、ni-al系金属间化合物合金在高温领域的应用已取得显著进展，但存在制备工艺复杂、成本较高等问题。fe-al系金属间化合物在比强度、抗氧化、高温力学性能等方面与ti-al、ni-al类似，且具有显著价格优势，尤其是在腐蚀性气氛中的抗氧化、耐腐蚀性能甚至优于不锈钢和耐腐蚀涂层，因此具有广阔的应用前景。

2、当al含量在55-65at.%时，feal金属间化合物的高温fe5al8(ε)相在1095℃下发生共析转变：fe5al8(ε)→feal+feal2，生成了显微组织为片层状的铸态feal基合金组织，由b2型的feal和复杂三斜结构的feal2相构成双相片层组织。跟tial金属间化合物当中发生的β→α固态相变类似，经历了两次固态相变后形成的α2/γ片层状组织，展现出了优良的蠕变性能、延性率和强度平衡性能。

3、目前，国内外没有人使用定向凝固方法得到全片层feal单晶，根据已有报道，片层取向与应力加载方向平行时，综合力学性能最优，本发明就是为了开发一种片层取向可控的feal单晶制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是通过控制定向凝固过程中的固态相变过程，提供一种片层取向可控的feal金属间化合物单晶及其制备方法。

2、一种片层取向可控的feal单晶，以原子百分比计，其合金成分表达式为feal其中，36≤a≤50,50≤b≤64, a+b = 100。

3、上述片层取向可控的feal金属间化合物单晶的制备方法，包括如下具体步骤：

4、第一步：按照feal单晶配比进行配料，熔炼得到成分均匀的母合金铸锭；

5、第二步：将母合金铸锭通过真空非自耗电弧熔炼炉重力铸造或水冷铜坩埚悬浮感应熔炼炉吸铸成棒材；

6、第三步：采用定向凝固将所述棒材制备feal单晶，保温温度设为1200℃~1400℃，定向凝固抽拉速率为5~500μm/s。

7、第一步，采用真空非自耗电弧熔炼法或水冷铜坩埚悬浮感应熔炼法制备成分均匀的母合金铸锭。

8、第二步，棒材直径为φ(4~11)mm×100mm。

9、第三步，保温时间为30min。

10、本发明与现有技术相比，其显著优点为：

11、1.采用bridgman定向凝固方法控制feal合金片层取向，通过改变凝固参量温度梯度和生长速率，保证形核过冷度在0°取向片层和45°取向片层之间，使得0°取向片层的形核占据优势，其次通过凝固过程中晶粒竞争淘汰获得单晶，并且在凝固过程中存在一个临界温度对应特定的抽拉速率，在此抽拉速率下最终片层取向与生长方向为45°的feal2相通过相界迁移而消除，使ε→feal2相变中得到的0°与45°片层组织最终只保留片层取向与生长方向平行的0°片层，从而完成对片层取向的控制，得到片层取向完全平行于生长方问的feal合金单晶组织。

12、2.本发明在制备feal合金单晶过程中，在一定范围凝固参量下能够完全控制其单晶片层取向。本发明为定向凝固feal合金的工业化应用提供了理论基础。

技术特征：

1.一种片层取向可控的feal单晶，其特征在于，以原子百分比计，其合金成分表达式为feal其中，36≤a≤50,50≤b≤64, a+b = 100。

2.如权利要求1所述的片层取向可控的feal单晶，其特征在于，由如下步骤制备：

3.如权利要求1所述的片层取向可控的feal金属间化合物单晶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，采用真空非自耗电弧熔炼法或水冷铜坩埚悬浮感应熔炼法制备成分均匀的母合金铸锭。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，棒材直径为φ(4~11)mm×100mm。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，保温时间为30min。

技术总结本发明公开了一种片层取向可控的FeAl单晶及其制备方法，以原子百分比计，其合金成分表达式为FeAl其中，36≤a≤50,50≤b≤64,a+b=100。其步骤为：按照FeAl单晶配比进行配料，熔炼得到成分均匀的母合金铸锭；将母合金铸锭通过真空非自耗电弧熔炼炉重力铸造或水冷铜坩埚悬浮感应熔炼炉吸铸成棒材；采用定向凝固将所述棒材制备FeAl单晶，保温温度设为1200℃~1400℃，定向凝固抽拉速率为5~500μm/s。本发明在制备FeAl合金单晶过程中，在一定范围凝固参量下能够完全控制其单晶片层取向。技术研发人员：郑功,柳周雨,彭海鑫,陈旸,祁志祥,陈光受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11