具有优化的性能的铝铁硅合金制造技术

公开了通过使用添加剂而具有优化的性能的Al‑Fe‑Si合金。在一些方面，使用机械优化添加剂(诸如硼、锆、铬和钼的组合)来优化机械性能。在一些方面，使用抗腐蚀添加剂(诸如铬、钼和钨)来优化抗腐蚀的性能。在一些方面，通过加入孪晶添加剂(诸如锌、铜、钒和钼中的任何项目)来优化延展性。

【技术实现步骤摘要】
具有优化的性能的铝铁硅合金引言本专利技术涉及铝-铁-硅(“Al-Fe-Si”)合金领域，更具体地涉及用于优化Al-Fe-Si合金性质的组合物和方法。钢和钛合金已经用于车辆制造。这些合金提供高温强度，但它们可能是很重的和/或昂贵的。已经在车辆制造中研究了由轻质金属制成的部件，但需要持续改进性能和燃料经济性。轻质金属的一些实例包括铝和/或镁合金。然而，在形成过程中对机械性能和限制的要求可能决定需要选择哪种合金材料和合金成分。例如，当合金化部件降低密度时，诸如强度，可锻性和延展性的机械性能可能急剧恶化。
技术实现思路
期望形成具有优化的性能的轻质Al-Fe-Si合金。有利地，某些添加剂可用于增加晶界强度和单个晶粒的强度(例如晶格强度)。例如，如本文所述，包含添加剂硼、锆、铬和钼的Al-Fe-Si合金可以优化机械性能并减少形成Al-Fe-Si合金的限制。有利地，某些添加剂可用于抑制Al-Fe-Si合金的腐蚀。例如，如本文所述，包括铬、钼和钨组合的Al-Fe-Si合金抑制了Al-Fe-Si合金的腐蚀。有利地，某些添加剂可用于通过孪晶来增加Al-Fe-Si合金的延展性。例如，如本文所述，包括锌、钒、铜和钼中的任何一种的Al-Fe-Si合金减少了形成Al-Fe-Si合金的限制。根据本专利技术的方面，一合金包括第一数量的铝、第二数量的铁、第三数量的硅和机械优化添加剂。机械优化添加剂由第四数量的硼、第五数量的锆、第六数量的铬和第七数量的钼组成。根据本专利技术的其他方面，第四数量是第五数量的至少两倍。根据本专利技术的其他方面，基于第一数量至第七数量的所有原子，第六数量为约2原子％至约6原子％。根据本专利技术的其他方面，基于第一数量至第七数量的所有原子，第七数量为约0.2原子％。根据本专利技术的其他方面，基于第一数量至第七数量的所有原子，第一数量为约59原子％至约66原子％。根据本专利技术的其他方面，基于第一数量至第七数量的所有原子，第二数量为约24原子％。根据本专利技术的其他方面，基于第一数量至第七数量的所有原子，第三数量为约9.5原子％至约15原子％。根据本专利技术的方面，一合金包括第一数量的铝，第二数量的铁，第三数量的硅和抗腐蚀添加剂。抗腐蚀添加剂由第四数量的铬，第五数量的钼和第六数量的钨组成。根据本专利技术的其他方面，基于第一数量至第七数量的所有原子，第五数量为约0.2原子％至约2原子％。根据本专利技术的其他方面，基于第一数量至第七数量的所有原子，第六数量为约0.2原子％至约2原子％。根据本专利技术的其他方面，基于第一数量至第七数量的所有原子，第四数量为约2原子％至约6原子％。根据本专利技术的其他方面，基于第一数量至第七数量的所有原子，第一数量为约59原子％至约66原子％。根据本专利技术的其他方面，基于第一数量至第七数量的所有原子，第二数量为约24原子％。根据本专利技术的其他方面，基于第一数量至第七数量的所有原子，第二数量为约9.5原子％至约15原子％。根据本专利技术的方面，一合金包括第一数量的铝、第二数量的铁、第三数量的硅和第四数量的孪晶添加剂。孪晶添加剂配置用于在合金内形成孪晶结构。第一数量，第二数量，第三数量和第四数量产生具有化学计量式(Al1-xMx)3Fe2Si的合金，其中M是孪晶添加剂。根据本专利技术的其他方面，x为约0.01至约0.1。根据本专利技术的其他方面，孪晶添加剂选自锌、铜、钒、钼及其组合。根据本专利技术的其他方面，孪晶添加剂为锌。根据本专利技术的其他方面，孪晶添加剂由中间半径的原子组成。根据本专利技术的其他方面，孪晶添加剂为具有约0.1335nm原子半径的单一元素。从以下对用于实施本专利技术的最佳模式的详细描述中，本专利技术的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。具体实施方式如本文所述，某些添加剂可用于优化Al-Fe-Si合金的性能。例如，某些添加剂可用于增加晶界强度和单个晶粒的强度(例如晶格强度)，某些添加剂可用于Al-Fe-Si合金的抗腐蚀，并且可以使用某些添加剂通过孪晶增加Al-Fe-Si合金的延展性。有利地，这些优化提供了轻质Al-Fe-Si合金的使用，与其他轻质合金(例如钛合金)相比，其减少了制造负担和产品投资，并且克服了制造抑制，诸如相对较低的延展性抑制了精细结构的部件。例如，如本文所述，包括硼、锆、铬和钼组合的添加剂可以优化机械性能并减少形成Al-Fe-Si合金的限制。例如，如本文所述，包括铬、钼和钨组合的添加剂抑制Al-Fe-Si合金的腐蚀。例如，如本文所述，包括锌、钒、铜和钼中任何一种的添加剂降低了形成Al-Fe-Si合金的限制。有利地，如本文所述，某些添加剂可用于为所得Al-Fe-Si合金提供这些益处中的至少一种。根据本专利技术的方面，通过添加某些机械优化添加剂来优化晶界强度和优化单个晶粒的晶格强度，改善了Al-Fe-Si合金的机械性能。根据本专利技术的方面，机械优化添加剂包括硼、锆、铬和钼的组合。尽管不受理论束缚，但据信铬和钼主要增强单个晶粒的晶格强度，而硼和锆主要增强所得Al-Fe-Si合金的晶界强度。具有优化的机械性能的合金包括铝、铁、硅、硼、锆、铬和钼的组合。在一些方面，具有机械优化的性能的合金包括基于合金内所有原子的约59原子％(“at％”)至约66at％的铝，基于合金内所有原子的约24at％的铁，基于合金内所有原子的约9.5at％至约15at％的硅，基于合金内所有原子的约2at％至约6at％的铬，基于合金内所有原子的约0.2at％的钼，并且以每个锆原子至少两个硼原子的比例用硼和锆填充剩余部分。在一些方面，该合金可包括基于合金内所有原子的约0.1at％的锆，和基于合金内所有原子的大于约0.2at％的硼。例如，在一些方面，基于合金内的所有原子，锆的量为约0.1at％而硼的量为约0.24at％。在一些方面，基于合金内的所有原子，锆的量为约0.1at％而硼的量为约0.4at％。在一些方面，基于合金内的所有原子，锆的量为约0.1at％而硼的量为约0.6at％。有利地，因为可以实施固态加工以将机械优化添加剂结合在Al-Fe-Si合金中，机械优化添加剂可以减少加工负担。此外，因为机械优化添加剂可以在任何合金化之前结合铝、铁和硅基础金属，可以通过减少或不增加加工步骤的数量来优化具有机械优化的性能的合金的制造。根据本专利技术的方面，通过添加某些抗腐蚀添加剂来降低Al-Fe-Si的腐蚀。在生产之后，通过在暴露表面上形成自然氧化物层来钝化Al-Fe-Si合金。基于合金和原生氧化物层之间界面处的反应速率，氧气通过已形成氧化物扩散的速率以及氧气到达氧化物层外表面的速率，原生氧化物层进行生长。随着氧化物层的厚度增加，氧扩散速率减慢并限制总反应速率。因此，在一段时间之后，氧化速率接近零并且氧化物厚度保持相对稳定。尽管当氧化物厚度稳定时氧气扩散受到限制，但是诸如氯离子的原子仍然可以穿透氧化物层并扩散到合金和氧化物之间的界面，在此该离子促进了合金的腐蚀。将部件暴露于水中可以在天然氧化物层的外表面提供电解质。例如，在温度接近冰点的区域中的道路喷雾可能对Al-Fe-Si合金特别有害，因为施加在道路上的溶液抑制了冰的形成。这些溶液通常通过离子溶解起作用，并且在道路喷雾中携带的离子，例如氯化物，将沉积在与它们接触的Al-Fe-Si合金的表面上。氯离子渗透到合金和天然氧化物层之间的界面促本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种合金，所述合金包括：第一数量的铝；第二数量的铁；第三数量的硅；以及机械优化添加剂，所述机械优化添加剂由以下元素组成：第四数量的硼，第五数量的锆，第六数量的铬，以及第七数量的钼。

【技术特征摘要】
2017.09.26 US 15/7159071.一种合金，所述合金包括：第一数量的铝；第二数量的铁；第三数量的硅；以及机械优化添加剂，所述机械优化添加剂由以下元素组成：第四数量的硼，第五数量的锆，第六数量的铬，以及第七数量的钼。2.根据权利要求1所述的合金，其中所述第四数量是所述第五数量的至少两倍。3.根据权利要求2所述的合金，其中基于所述第一数量至所述第七数量的所有原子，所述第六数量为约2原子％至约6原子％。4.根据权利要求3所述的合金，其中基于所述第一数量至所述第七数量的所有原子，所述第七数量为约0.2原子％。5.根据权利要求4所述的合金，其中基于所述第一数量至所述第七数量的所有原子的所述第一数量为约59原子％至约66原子％，基于所述第一数量至所述第七数量的所有原子的所述第二数量为约24原子％，基于所述第一数量至所述第七数量的所有原子的所述第三数量为约9.5原子％至约15原子％。6.一种合金，所述合金包括：第一数量的铝；第二数量的铁；第三数量的硅；以及抗腐蚀添加剂，所述抗腐蚀添加剂由以下元素组成：第四数量的铬，第五数量的钼，以及第六数量...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z·刘，D·B·哈达德，J·A·斯沃茨，
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