Fe3Al合金因其高比强度,高比模量、中高温环境中强抗腐蚀能力及热强性等特点,而被公认为是航空和高温结构材料领域内具有重要应用价值的新材料。但由于室温脆性及其加工性能差,限制了其进一步的应用。已有研究表明,(微)合金化、晶粒细化是改善材料力学性能的有效途径之一。为此本文采用机械合金化(MA)和常压氩气气氛保护烧结相结合的方法来制备Fe3Al合金,以求达到改善的力学性能。 本文首先利用XRD、激光粒度分析测试仪,借助正交实验手段,优化了在新型高能球磨机上制备Fe72-Al28合金粉末工艺。结果表明：采用球料比60:1、过程控制剂硬脂酸1wt.％,球磨机转速为225rpm时,有利于减小Fe72-Al28合金粉末的晶粒尺寸和粒度。利用XRD、SEM等多种测试手段,研究了Fe72-Al28混合粉末不同球磨时间(5h、10h、15h)产物的物相、形貌的变化。研究表明:MA终产物为纳米晶的过饱和固溶体Fe(Al),Fe72-Al28粉末在形貌上逐渐变成片状,粒度逐渐变小。在合金化过程中没有非晶相及Fe-Al金属间化合物的生成。利用Miedema半经验理论对上述合金成分进行了热力学分析,结果表明：对于Fe72-Al28这一配比,热力学上Fe3Al金属间化合物最为稳定。MA过程中产生的晶格畸变能、晶界能及无序能是使Fe72-Al28形成亚稳态Fe(Al)固溶体的根本原因,同时MA过程形成的晶界、表面及缺陷大大降低了扩散活化能从而实现Al在Fe中的低温扩散。 其次本文采用基于密度泛函理论的第一原理赝势平面波方法CASTEP程序,基于Rice-Wang热力学模型,对Fe3Al金属间化合物中有关微量元素的晶界掺杂效应进行理论计算,探究Ti、Nb、Cr、Mn和Mo原子的晶界偏聚对Fe3Al(B2)晶体沿晶断裂功的影响规律,为进一步选择出理想的合金元素提供理论参考。研究表明:Ti、Nb的晶界偏聚会显著弱化晶界,促进Fe3Al的室温沿晶脆性；而Cr、Mn、Mo等元素的晶界偏聚会显著强化晶界,从而抑制室温沿晶脆性的发生,其中Cr的韧化能力最强。在选择Cr作为合金元素之后,本文研究了Fe70-Al25-Cr5混合粉末的机械合金化过程,研究表明：合金元素的加入并没有改变过饱和固溶体Fe(Al,Cr)的生成。粉末形貌基本与Fe72-Al28演化过程相同,但终产物的粒度与前者相比明显增大,这与Cr的加入对粉末塑性的改善有关。 最后本文初步地研究了利用机械合金化和氩气气氛保护烧结制备的Fe3Al基合金的显微组织及其力学性能。研究结果表明,烧结块体物相上以部分有序的B2结构Fe3Al组织为主,显微形貌呈岛状结构,这种结构是由于MA时复合粉末外层局部富Al导致。烧结试样在力学性能上比铸态形态下有明显提高,试样压缩断口呈准解理断裂,呈现出塑性特征。其致密度为95％、94％(含Cr),室温压缩屈服强度为832Mpa、962Mpa(含Cr)、压缩率29.90％、31.36％(含Cr),说明Cr元素的加入对Fe3Al基合金的塑性有明显改善。