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Fe-40Al合金与Al_2O_3的界面润湿现象

汪德宁  徐东  刘国庆  
【摘要】:金属间化合物基复合材料,作为有希望的新型高熔点基体的金属基复合材料,成为当前材料科学领域的研究前沿。金属基体与增强相间的润湿性研究目前还很缺乏。为此本文选择Fe-40Al与Al_2O_3体系开展界面润湿性研究。实验设备采用液态金属润湿角测定仪,研究4种FeAl合金: Fe-40atAl,Fe-40atAl-0.2atMg,Fe-39atAl-1atNb和Fe-40atAl-0.2atB与多晶氧化铝在1400℃至1650℃温度范围内的界面润湿现象。实验气氛为真空。实验结果表明,随着温度的升高,4种FeAl合金与Al_2O_3的润湿角首先稍有下降,逐渐趋于不变;当温度进一步升高时,润湿角有回升的趋势。当保温时间延长时,润湿角随之逐渐降低,渐趋平缓;当保温时间进一步延长时,润湿角有一回升的趋势。但总的看,润湿角大体均低于90°,这表明, Fe-40Al合金与多晶Al_2O_3具有良好的界面润湿性。三种合金元素Mg、B和Nb对FeAl合金与Al_2O_3润湿性有一定的影响。其中,B在1600℃至1650℃范围内较明显改善了润湿性,Mg在1500℃附近对润湿性有所改善,而Nb在1400℃至1650℃范围内均对润湿性有一定改善。FeAl合金与Al_2O_3界面剪切断口的SEM观察表明,座滴底部不同程度地粘附一层Al_2O_3,并且有一些气孔。同时,座滴底部因Al_2O_3被侵蚀而出现Al_2O_3晶界形貌。这表明,液态FeAl与Al_2O_3界面上发生了化学反应,可能是Al与Al_2O_3反应生成气态Al_2O。这一界面反应使界面富Fe,可能是润湿角随温度与保温时间增加而回升的原因。FeAl合金与Al_2O_3界面的纵剖面SEM分析发现有4μm厚的过渡层存在。表面活性元素Mg、B和Nb能降低液态FeAl合金的表面能,这可能是其改善FeAl合金与Al_2O_3界面润湿性的原因。至于它们对界面性能与结构的影响还有待作系统的研究。

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