快速固化高温铝铁硅合金制造技术

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1.0×10

Fast curing high temperature Al Fe Si alloy

A method is provided for producing high-strength lightweight alloy parts including aluminum, silicon, and iron and / or nickel. Energetic streams such as lasers or electron beams may be selectively directed toward the forward material to melt part of the precursor material in the local region. Greater than or equal to about 1 * 10

【技术实现步骤摘要】
快速固化高温铝铁硅合金
本专利技术涉及用于形成包括铝、铁以及硅的高温合金的方法。
技术介绍
该部分提供与本专利技术相关的背景信息，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。
技术实现思路
该部分提供本专利技术的总体概要，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，本专利技术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AlxFeySiz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AlxFeySiz相。在其他变型中，稳定AlxFeySiz相具有由Al4Fe1.7Si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AlxFeySiz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。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80体积％的稳定AlxFeySiz相。在其他变型中，前体材料还包括小于或等于约0.5质量％的选自由以下组成的组的合金化元素：锰、铜及其组合，其中稳定AlxFeySiz相是通过并入合金化元素以将具有由Al7.4Fe2Si表示的化学式的中间相转换成六方晶体结构而形成。在某些其他变型中，熔融前体材料的冷却是以大于或等于约1.0×107K/秒的速度进行。在另一些变型中，高能流的引导是选自由以下组成的组的工艺：直接金属激光烧结、电子束直接金属熔化系统及其组合，其中局部区域内的温度升到大于或等于约997℃。在一些变型中，前体材料是粉末材料。在其他变型中，粉末材料是元素粉末的组合或预合金化粉末。在某些其他变型中，局部区域具有小于或等于约100μm3的体积尺寸。在其他方面，本专利技术提供一种固态高强度轻质合金部件，其包括大于或等于约50体积％的稳定AlxFeySiz相。x在约4至约5或约7.2至约7.6的范围内，y在约1.5至约2.2的范围内，并且z为约1。在某些变型中，固态高强度轻质合金部件可包括大于或等于约80体积％的稳定AlxFeySiz相。在某些变型中，稳定AlxFeySiz相具有由Al4Fe1.7Si或Al5Fe2Si表示的化学式，其中组成包括大于或等于约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。在其他变型中，稳定AlxFeySiz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。在另一些变型中，固态高强度轻质合金部件包括大于或等于约80体积％的稳定AlxFeySiz相。在某些变型中，前体材料还包括小于或等于约0.5重量％的选自由以下组成的组的合金化元素：锰、铜及其组合，其中x在约7.2至约7.6的范围内。在另一些方面，本专利技术提供一种制备高强度轻质合金部件的方法。在这种方法中，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，以及铁或镍中的至少一者。接着，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相。在某些方面，这种固态高强度轻质合金部件包括大于或等于约50体积％的稳定三元相并且该稳定三元相是AlxFeySiz，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可包括大于或等于约80体积％的稳定三元AlxFeySiz相。在其他方面，这种固态高强度轻质合金部件包括大于或等于约50体积％的稳定三元相并且该稳定三元相是Al6Ni3Si，其包括大于或等于约58.6至小于或等于约61原子量％的铝；约30原子量％的镍；以及大于或等于约9至小于或等于约11.4原子量％的硅。在某些变型中，固态高强度轻质合金部件可包括大于或等于约80体积％的稳定Al6Ni3Si相。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80体积％的稳定三元相并且该稳定三元相是AlxFeySiz，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。在其他变型中，固态高强度轻质合金部件包括大于或等于约80体积％的稳定三元相并且该稳定三元相是Al6Ni3Si，其包括大于或等于约58.6至小于或等于约61原子量％的铝；约30原子量％的镍；以及大于或等于约9至小于或等于约11.4原子量％的硅。根据本文所提供的描述，其他应用领域将变得显而易见。该
技术实现思路
中的描述及特定实例仅旨在用于例示，而并非旨在限定本专利技术的范围。附图说明本文所描述的附图仅仅是为了例示选定的实施例而不是所有可行的实施方式，且并非旨在限定本专利技术的范围。图1是比较四种金属成分(即Al3Fe、Ti、TiAl以及Al4Fe1.7Si)在室温下的抗张强度(MPa)及密度(g/cm3)的图表。图2是用于包括铝、铁及硅的三元系的相图，其中相τ10(Al4Fe1.7Si)被标明。图3A–3C显示了根据本专利技术某些方面的包括铝、铁及硅的熔体旋淬带材的扫描电子显微照片(SEM)。图3A显示了熔体旋淬带材，其中比例尺为875微米(μm)。图3B是图3A所示矩形区域的放大图，其中比例尺为22μm。图3C是比例尺为3μm的图3A所示矩形区域的进一步放大图，其显示了Al2FeSi相及Al4Fe1.7Si相。相的成分是通过EDS确定。图4显示了用于图3A–3C所示的包括铝、铁及硅的熔体旋淬带材中的Al本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备高强度轻质合金部件的方法，其包括：将高能流朝向局部区域中的前体材料引导以熔化所述局部区域中的所述前体材料的一部分，其中所述前体材料包括铝、硅以及铁；以及以大于或等于约1.0×10

【技术特征摘要】
2016.01.27 US 62/287725;2016.12.20 US 15/3848891.一种制备高强度轻质合金部件的方法，其包括：将高能流朝向局部区域中的前体材料引导以熔化所述局部区域中的所述前体材料的一部分，其中所述前体材料包括铝、硅以及铁；以及以大于或等于约1.0×105K/秒的速度冷却所述熔融前体材料以形成包括稳定AlxFeySiz相的固态高强度轻质合金部件，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。2.如权利要求1所述的方法，其中所述固态高强度轻质合金部件包括大于或等于约50体积％的所述稳定AlxFeySiz相。3.如权利要求1所述的方法，其中所述稳定AlxFeySiz相具有由Al4Fe1.7Si或Al5Fe2Si表示的化学式，其中组成包括大于或等于约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...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·K·萨克德夫，Z·刘，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US