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制造技术

本发明专利技术涉及一种合金，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。本发明专利技术还涉及用于生产此类型的合金的方法。型的合金的方法。型的合金的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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


[0001]本专利技术涉及一种合金，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。
[0002]本专利技术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。

技术介绍

[0003]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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]这通过本专利技术来解决。本专利技术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。
[0006]本专利技术的另一目标是明确一种用于生产此类型的合金的方法。
[0007]根据本专利技术，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。
[0008]本专利技术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”。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]就吉布斯相律而言，伪共晶点pE在三元合金系统中表示沿液相线边界线的局部极值，该极值具有比三元共晶E大1的自由度数和比单相凝固MC小1的自由度数。根据吉布斯相律，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：
[0012]f(E)＝3
–
4+1＝0
[0013]f(pE)＝3
–
3+1＝1
[0014]f(MC)＝3
–
2+1＝2
[0015]与三元共晶点E的自由度0相比，伪共晶点pE处的该提高的自由度1被认为是与在共晶点处形成的微观结构相比，在伪共晶点区域中更加精细的、通常高达几个数量级的共晶微观结构的体现的原因。
[0016]因此，对于具有四种组分的合金，液相线边界线对应于二维区域，并且伪共晶点对应于伪共晶线。对于具有多于四种组分的各个高组分合金，相关状态区域的维数也会类似地提高。在本文件的范围中，“伪共晶点”的名称因此被特别理解为通用术语，其同时标志三元合金的相图中的伪共晶点和具有四种组分的合金的相图中相应的伪共晶线，或者具有多于四种组分的合金的相图中相应的伪共晶多维区域。因此，就此而言，“伪共晶点”和“伪共晶区域”的名称特别被同义地使用。应当理解，三元合金系统的伪共晶点因而构成特定的体现。
[0017]根据此解释，特别是对于三元合金系统，因此，下述内容适用于三元合金相图的伪共晶点或者具有多于三种组分的相图中的伪共晶点(特别是伪共晶线或者伪共晶区域)，根据吉布斯相律：
[0018]f(E)＜f(pE)＜f(MC)，
[0019]因此：
[0020]0＜f(pE)＜N
–
1。
[0021]因此，根据吉布斯相律，在伪共晶点或者在具有至少三种组分N的合金的相图的伪共晶点的合金组成特别的特征在于自由度数f介于0和N
–
1之间。
[0022]已经表明，如果合金组成处于接近伪共晶点或者代表所述点的鞍点，或者在伪共
晶点或者代表所述点的鞍点周围的区域中，特别是处于共晶点或者代表所述点的鞍点，以使合金中存在至少85摩尔％或者原子％(分别规定为摩尔百分比或者原子百分比)的共晶结构，则对于合金的高的强度和显著的可变形性是足够的。优选如果合金中存在至少90摩尔％或者原子％，特别优选至少95摩尔％或者原子％的共晶结构。因此，可以以一种特别显著的方式开发高的强度和同时良好的可变形性的有利的性能。具体地，通常可以达到高于98摩尔％或者原子％，以使合金的机械性能实际上由共晶微观结构单独决定。共晶结构通常在液
‑
固相转变中或者在合金的凝固过程中形成。
[0023]如果合金是三元合金并且如果合金包括四种组分或者至少五种组分，则合金的高的强度和显著的可变形性均是可获得的。特别是合金可以包括多种组分，例如取决于应用目的，以用于混合晶体硬化和/或沉淀硬化的其他添加组分的形式。如果合金是三元合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种合金，特别是一种轻金属合金，所述合金具有合金组成和共晶结构，所述合金组成具有至少三种组分，所述共晶结构通过将所述合金从液态冷却到固态获得，条件是所述合金的组成处于合金相图的伪共晶点(pE)周围的区域中，以使所述合金中出现至少85摩尔％的所述共晶结构。2.根据权利要求1所述的合金，其特征在于，所述共晶结构具有小于3μm，优选地小于1μm的其相含量的平均间距。3.根据权利要求1或2所述的合金，其特征在于，所述合金包括最大为5摩尔％，优选地最大为3摩尔％的量的残余凝固。4.根据权利要求1至3中任一项所述的合金，其特征在于，所述合金包括小于10摩尔％，特别是小于5摩尔％的量的初级凝固。5.根据权利要求4所述的合金，其特征在于，所述初级凝固被形成具有混合晶相。6.根据权利要求1至5中任一项所述的合金，其特征在于，所述合金具有小于8g/cm3的密度。7.根据权利要求1至6中任一项所述的合金，其特征在于，所述合金是镁基合金、铝基合金、锂基合金或者钛基合金。8.根据权利要求1至...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：LKR轻金属能力中心兰斯霍芬有限责任公司，
类型：发明
国别省市：