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铁基高温合金的价格相对低廉,高温机械性能十分突出,因此被广泛应用在航空航天、舰艇、特种车辆、石油化工等众多领域。但是,铁基合金的密度相对较大,减重幅度有限,不符合更苛刻环境下装备轻量化的要求。因此,迫切需要另辟蹊径,研究开发低密度高强耐热铁基合金。研究发现,在铁基合金中添加低密度增强相(如金属间化合物)可以在保持较好机械性能的同时,显著降低合金的密度,进而提高铁合金的比强度。该种研究思路在国内外研究中已经得到了初步验证,并受到了低密度高机械性能铁合金研究人员的高度重视。本课题首先采用机械合金化的方法制备了B2结构的NiAl粉末。将含量分别为30wt.%、40wt.%、50wt.%、60wt.%的NiAl粉末与铁粉进行机械混合,利用真空热压烧结方法制备了不同NiAl含量的NiAl/Fe合金块体(Φ30mm)试样。随后,选取兼顾微观组织与性能的NiAl/Fe合金为基体,加入不同含量的人造金刚石和AlN增强相,采用热压烧结的工艺制备其块体试样。采用扫描电镜(Scanning electron microscopy,SEM)、能谱仪(Energy dispersive spectroscopy,EDS)、X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)以及透射电子显微镜(Transmission electron microscopy,TEM)分析了合金的微观形貌、成分与物相,并测试了铁基合金的硬度、密度、室温压缩性能以及不同温度的热导率;分析了合金成分、增强相的分布以及增强相与基体的结合程度对合金各性能的影响。本文的主要结果与结论如下:(1)热压烧结制备的NiAl/Fe合金中,NiAl相仍为B2结构。NiAl/Fe合金的硬度、抗压强度以及热导率均随NiAl含量的增加呈先增后降的趋势。当NiAl含量为50wt.%时,铁基合金密度较低,同时力学性能和导热性能优异。与纯铁相比NiAl/Fe合金的密度达到6.44 g/cm3降低了14.5%;室温抗压强度达到2530 MPa,较纯铁增加了239.6%;600℃热导率达到32.5 W/(m·k)。(2)微米级金刚石经预处理(酸洗与1000℃热处理)后与基体的结合性能明显提高。经过预处理后,金刚石增强的NiAl/Fe合金的抗压强度较未处理时提高了373.28%,达到997.2 MPa。随金刚石含量的增加,合金的密度逐渐降低,当金刚石含量为10%时,铁基合金密度降至5.8 g/cm3;合金的硬度、抗压强度以及热导率均随金刚石含量的增加呈先增后降的趋势,硬度与抗压强度均在金刚石含量为10%时达到最大值,分别为44.5HRC、1543.5 MPa;金刚石含量为15wt.%时,合金各温度下的热导率均达到最大值,600℃时热导率为53.2 W/(m·k)。(3)AlN颗粒能均匀弥散分布在烧结基体中,有效阻止位错运动并抑制晶粒长大,从而起到细化晶粒、增加材料硬度的作用。AlN含量为5%时,AlN增强的NiAl/Fe合金组织较为均匀,硬度达到最大值59.5HRC,密度降至6.14 g/cm3;合金的抗压强度随AlN含量的增加呈先增后降的趋势,AlN含量为5%时,达到最大值2220.5 MPa。合金热导率随AlN含量的增加呈先升后降的趋势,AlN含量为10wt.%时,合金的热导率达到最大值,600℃时热导率为34.7 W/(m·k)。