纳米铁的化学性质

纳米铁-碳合金及制备方法和用途
ZG科学院低温技术实验ZX 2001年12月7日
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本发明涉及一种新型铁-碳合金及制备方法和用途，特别是涉及一种纳米铁-碳合金及制备方法和用途。

纳米材料是80年代中期以来发展起来的一种全新材料，被科学家誉为“21世纪Z有前途的材料”。纳米材料从形态上可分为①纳米粉体材料②纳米固体材料（块材），纳米粉体材料是指粉体颗粒为纳米级，一般1～50纳米量级的粉称为纳米粉，而纳米固体材料是指晶粒尺寸在1～50纳米量级的固体材料。

纳米材料具有zhuo越的力、热、光、磁、电、吸收、催化等性能，在高科技领域具有重要用途，例如，纳米铁固体材料的断裂强度比常规铁高12倍，纳米合金材料的电导率只有一般合金材料的1%，加少量钛粉在纯金粉中制备的纳米材料，可以得到18K金硬度，又保证24K的含金量；纳米氧化锆陶瓷其形变率高达400%，有此可见，材料到了纳米尺度会产生许多奇异的特性。

由于纳米材料具有许多奇异的特性，受到世界各国科技界、工业界的广泛关注。

目前人们已用气相沉积，分子束外延，溅射，溶胶-凝胶等方法制备有各种纯金属元素，陶瓷及部分合金的纳米材料，这些纳米材料研究，对于发展纳米料学的基础及应用的基础理论等方面起到了极其重作用。

但目前纳米Fe-C合金的研究、制备及应用却不多见，因为Fe-C合金很少用作功能材料，大多用作结构和工具材料，其应用范围广、用量大、现有制备纳米材料的方法，产量太低、能耗大，不能满足其用量需要，所以一般技术人员没有把精力放在纳米Fe-C合金的制造上。

目前科技材料杂志上仅出现了下列配比的纳米Fe-C合金。

①x=0.06 Fe1-0.06C0.06
②x=0.08 Fe0.92C0.08 ③x=0.17 Fe0.83C0.17

④x=0.2 Fe0.8C0.2
⑤x=0.25 Fe0.75C0.25 ⑥x=0.5
Fe0.5C0.5

这些材料含碳量分别为1.35wt%，1.83wt%，4.2wt%，5.1wt%，6.67wt%，17.65wt/%。其成分的选取，按严格计量比合成Fe-C化合物，如：Fe3C，Fe2C，Fe7C3，Fe5C2（对其力学性能尚未涉及）。

本发明目的在于用机械合金化方法合成一种含碳量为5.5-6.5wt%的纳米Fe-C合金，该纳米Fe-C合金为Fe+Fe3C两相共存的组织结构，此材料即包含硬度高的Fe3C，又包含高韧性的а-Fe，从而获得一种具有硬度，韧性皆高的纳米级晶粒尺寸的Fe-C合金材料。其硬度可达到高速钢水平，可以代替高速钢用作切削刀具材料。

本发明提供的纳米Fe-C合金，其含碳量为5.5～6.5wt%；