[发明专利]快速固化高温铝铁硅合金

说明书

提供了制备包括铝、硅以及铁及/或镍的有高温执行能力的高强度轻质合金部件的方法。可将诸如激光或电子束之类的高能流朝向前体材料选择性地引导以熔化局部区域中的前体材料的一部分。以大于或等于约1.0×10⁵K/秒的速度冷却熔融前体材料以形成固态高强度轻质合金部件，其包括具有高耐热性及高强度的稳定三元立方相。该稳定三元相可为Al_xFe_ySi_z，其中x在约4至约5或约7.2至约7.6的范围内，y为约1.5至约2.2，并且z为约1。该稳定三元相也可为Al₆Ni₃Si。还提供了由这种方法制备的材料及部件，诸如汽车部件。

技术领域

本发明涉及用于形成包括铝、铁以及硅的高温合金的方法。

背景技术

该部分提供与本发明相关的背景信息，其并非一定是现有技术。

轻质金属部件已经成为用于制造其中期望不断提高性能以及燃料效率的车辆、尤其是汽车的重要焦点。用于汽车应用的其他轻质金属部件常常由铝及/或镁合金制成。这些轻质金属可形成负荷承受部件，其需要在具有良好的强度及延性(例如伸张度)的同时坚固且坚硬。对于如汽车等车辆中的安全要求及耐久性来说，高强度及延性特别重要。虽然常规的钢及钛合金提供高温强度，但是这些合金分别或者较重或者较贵。

用于形成车辆中的结构部件的示例性轻质金属合金是含铝合金。常规地，可通过如锻造工艺(诸如挤出、轧制、锻造，冲压)或铸造技术(诸如压模铸造、砂模铸造、熔模铸造，永久模铸造)等大批量形成工艺来形成含铝合金。

当铸造或锻造轻质合金时，在形成工艺期间的工业标准及限制通常决定了选择哪些合金材料以及合金化组分。最终根据部件所需的微结构性能以及可基于典型的形成工艺条件所能实现的来调整合金选择。鉴于这些常规的铸造及锻造技术，可进一步改善强度及其他合金性能。轻质金属铸造件(诸如铝铸造件)需要与高强度锻造铝及钢冲压件的强度水平相当的较高强度水平。因此，不断需要改进的形成工艺，以由具有适当强度及延性以及其他特性的合金形成改进的轻质金属部件。

发明内容

该部分提供本发明的总体概要，而并非其整个范围或其所有特征的全面公开内容。

在某些方面，本发明提供制备适于暴露在升高温度下的高强度轻质合金部件的方法。方法可包括将高能流朝向局部区域中的前体材料引导以熔化局部区域中的前体材料的一部分。高能流可为激光或电子束。前体材料包括铝、硅以及铁。随后，以大于或等于约1.0×10⁵K/秒的速度冷却熔融前体材料以形成固态高强度轻质合金部件。固态高强度轻质合金部件包括稳定Al_xFe_ySi_z相，其中x在约4至约5或约7.2至约7.6的范围内，y为约 1.5至约2.2，并且z为约1。

在某些变型中，固态高强度轻质合金部件包括大于或等于约50体积％的稳定Al_xFe_ySi_z相。

在其他变型中，稳定Al_xFe_ySi_z相具有由Al₄Fe_1.7Si或Al₅Fe₂Si表示的化学式，其中成分包括大于或等于约64.5至小于或等于约66原子量％的铝；约24.5原子量％的铁；以及大于或等于约9.5至小于或等于约11原子量％的硅。

在另一些变型中，稳定Al_xFe_ySi_z相具有约0.7509nm的(a)晶格参数及约0.7594nm的(c)晶格参数以及P6₃/mmc的空间群。