对于二元金属间化合物，Ti-Al 系、Ni-Al 系、Fe-Al 系金属间化合物在结构 材料领域研究较为广泛。在航空领域方面有着极大潜力的 Ti-Al 系金属间化合物 在国外已经开始投入在国防领域中。研究得相对较早的 Ni-Al 系金属间化合物， 已经取得了一些显著成果。Fe-Al 系金属间化合物具有高强度耐腐蚀以及低成本、 低密度等优点，从而在应用市场有着很大的前景。但是，金属间化合物的致命缺 点就是室温塑性低，从而限制了其应用。在过去几年的研究[3]已经表明铁铝合金 本质上是有韧性的，而且他们的脆性行为是由环境影响造成的，也就是说水分导 致氢脆的发生。然而，环境脆化可以实现最小化，例如通过控制晶粒的大小或者 成分合金化。有研究证明通过减小晶粒尺寸可以使 FeAl 合金的室温塑性得到改 善[4]。例如,对于随炉冷却的 Fe-40%Al（质量分数）合金,分别在空气中、室温下

测试了断裂伸长率,结果显示当晶粒尺寸由 220μm 减小到 15μm 时, 伸长率从 1 %增长为 3 %。因此，对于 Fe3Al 合金而言改善室温脆性、提高强度，都将是 重要的研究方向。

另外，在材料摩擦场合下主要受到接触压力,对塑性的要求并不是高，关键 是磨损率。近来诸多研究已经表明 Fe3Al 金属间化合物是一种较为出色的耐磨材 料,有望取代传统意义上的硬质合金,可能会应用到制动系统中。因此，Fe3Al 金属 间化合物是将会在摩擦学领大大出彩，成为以后主流的耐磨材料。

1。2 Fe-Al 金属间化合物的结构特点

Fe-Al 金属间化合物中主要有 Fe3Al 以及 FeAl 合金，Fe3Al 一般指铝含量在

25%~35%的 FeAl 合金。Fe-Al 的二元相图如图 1-1 所示。

图 1-1 Fe-Al 合金二元相图

由图可以直观看到，Fe-Al 合金相图按成分分为富 Fe 区和富 Al 区两个相区， 每个相区又可以按温度大致分为高温区和低温区两部分。富 Fe 区 Fe-Al 金属间 化合物在高温凝固时，会出现γ、α和 FeAl 有序相三个相，冷却到低温时，则主 要存在α、FeAl 有序相和 Fe3Al 有序相。FeAl 是 B2 型有序金属间化合物，Fe3Al 具有 D03 型超点阵，高温属于 bcc 点阵，它们都是具有 Al 原子按照一定对称点 系占据纯 Fe 中某些原子位置而形成的有序固溶体。其晶体结构如图 1-2 所示。

a） FeAl B2 型超点阵结构 ●Fe ○Al b） Fe3Al D03 型超点阵●Fe ○Al

图 1-2 Fe-Al 系金属间化合物晶体结构

由图 1-2 可以直观地看到，FeAl 的 B2 型超点阵结构与 Fe3Al D03 型超点阵 截然不同，FeAl 的晶体结构为体心立方结构，而 Fe3Al 的点阵结构相对来说复杂 一些。金属间化合物的晶体结构复杂程度越高，则其性能越好。因此，相对于 FeAl 而言 Fe3Al 具有较好的强度以及硬度。

B2-FeAl 的密度略低于 Fe3Al,弹性模量约为 259 GPa ,具有较好的弹性模量以 及强度,显著的抗腐蚀和抗氧化性能,但是室高温强度却远不及镍基高温合金与高 强钢；D03-Fe3Al 的洛氏硬度 HRC＜25,相对来说较低,然而它有较高的加工硬化 速率,有较为不错的耐磨性,表面经过渗氮处理后 ,表面硬度可提高一半以上。由 于 Fe-Al 合金具有特殊的超点阵结构,采用普通的制备方法得到的合金塑性较差， 不易加工成形[5]。

关于金属间化合物的结构特性，有外文文献[6]可知，日本学者和泉修认为 金属间化合物是靠金属键和化合键连接起来的。金属键中自由电子在金属原子周 围高速运转,而在共价键中电子被两个中性的原子均分,共价键有者相当大以致于 可与离子键晶体的强度相比拟的内聚能。所以金属间化合物有着金属键和共价键 的共性特点。金属间化合物的金属性与晶格电子数目有关系,晶格电子数越多则 塑性越强。反之，则共价键晶体特性越强，材料的塑性越差，脆性加大。当金属 间化合物的晶体发生滑移时,在原子间结合键断开的瞬间,晶格电子会暂时的与原 子结合,而且晶格电子的数量越多, 二者的作用力越强大[7]。在这样情况下，FeAl 与 Fe3Al 中的共格电子会逐步替代自由电子,从而使 FeAl 与 Fe3Al 的金属性减弱, 塑性变差。依据和泉修的说法,当金属间化合物的自由电子在外力作用下减少时， 则共价键代替自由电子位置，数目逐渐增多。金属就会变的很脆。