[发明专利]具有精细尺度共晶结构，特别是纳米共晶结构的合金以及这种合金的生产

说明书

本发明涉及一种合金，特别是轻金属合金，其具有合金组成和共晶结构，合金组成具有至少三种组分，共晶结构通过将合金从液态冷却到固态获得，条件是合金的组成处于合金相图的伪共晶点(pE)周围的区域中，以使合金中出现至少85摩尔％的共晶结构。本发明还涉及用于生产此类型的合金的方法。

技术领域

本发明涉及一种合金，特别是轻金属合金，其具有合金组成和共晶结构，合金组成具有至少三种组分，共晶结构通过将合金从液态冷却到固态获得。

本发明还涉及用于生产具有共晶结构的合金(特别是轻金属合金)的方法，其中合金具有合金组成，合金组成具有至少三种组分，并且其中合金从液态开始被冷却到合金的固态，以便形成共晶结构。

背景技术

已知如果合金结构的一部分体现有共晶结构以便影响合金的铸造性能或者强度性能，则可以是有利的。二元铸造合金，即，具有两种组分的合金，其具有共晶微观结构的合金，通常被用作技术应用合金。这些合金通常以其相图中的共晶点为特征，在该点，合金的液相和合金的两种固相彼此处于热力学平衡，或者在该点，当合金从液相被冷却时，发生从液态到固态的直接转变，其中形成了共晶结构。根据恒压下固体的吉布斯相律，f＝N–P+1，具有热力学自由度数f、组分数N和平衡相数P，这对应于自由度数f＝0。从液相到固相的直接转变因而通常会导致精细的层状结构的形成。

类似地，关于三元合金系统，尝试制造具有接近三元共晶点的组成的合金，以便改进具有共晶结构体现的强度性能同样是已知的。根据吉布斯相律f＝N–P+1，这同样类似地与具有三组分和四相、自由度f＝0对应。然而，通常需要高的冷却速率以形成此类型的合金，以便在应用中可以使用的合金成分含量下产生具有显著的精细度的共晶结构，并且与其他元素协调的额外的组合来沉淀硬化以提高合金的强度通常也是必要的。在大多数情况下，出于此目的，会使用范围在50K/s至200K/s的冷却速率。然而，高冷却速率的需求特别限制了此类型的合金在小尺寸部件上的技术可用性。

发明内容

这通过本发明来解决。本发明的目的是明确一种具有至少三种组分的合金，所述合金具有高的强度和良好的可变形性。

本发明的另一目标是明确一种用于生产此类型的合金的方法。

根据本发明，如果该目的以开始提到的类型的合金达成，则条件是合金的组成处于合金相图的伪共晶点周围的区域中，以使合金中出现至少85摩尔％或者原子％的共晶结构。

本发明的基础在于以下发现：对于具有位于或接近合金相图的伪共晶点的至少三种组分或者元素的合金组成，一种特别精细尺度或者精细构造的共晶结构可以被实施，特别是，其可以具有比具有位于相图中的“通常的”共晶点的选定组成更加精细的共晶结构。特别是可以因此实现在低微米范围内，并且尤其是纳米范围内的共晶结构的特征结构间距，也被称为纳米共晶结构。此外，已经表明由此形成的共晶结构一般构成主要的或者主体的微观结构，并且特别是在共晶点附近或者周围的区域中，特别是处于共晶点，通常只有小的或者可忽略不计的小的初级凝固相和/或残余凝固相出现，或者完全不出现。这种合金中共晶结构超乎寻常的精细微观结构及其作为主体的存在的结合可以使合金被实施为有着高的强度(特别是高的抗压强度)和显著的可变形性。在表示中，伪共晶点通常被标注以使其被缩写为“e”或者“pE”，并且共晶点被缩写为“E”。

通常，在三元相图中，从二元相图可知的液相线和固相线通常分别对应于曲面面积并且二元相区域对应于相体积。在三元相图中，液相线面的相交线形成共晶通道，也被称为液相线边界线或单变量线，其终止于相图的三元共晶点。伪共晶点因而表示液相线边界线上形成鞍点的一点，即，表示沿液相线边界线的局部极值和与其垂直的极小值——与边界单相区域有关。

有时，在双组分边界系统或者相图(特别是三元相图)的内容交点的表示中，二元共晶也被不一致地称为伪共晶点。然而，此类型的术语名称不是本概念的含义，并且其明确不是本文件的术语“伪共晶点”的表示或者标志，也不包括在其中。特别地，伪共晶点的特征在于其的存在需要至少三种组分或者第三种元素的添加或者存在。