[发明专利]制造结晶铝-铁-硅合金的方法

说明书

一种制造结晶铝‑铁‑硅合金和结晶铝‑铁‑硅合金部件的方法。提供一种含铝、铁和硅的复合粉末，其包括非晶相和在环境温度下具有六方晶体结构的第一结晶相。将复合粉末在850℃至950℃的温度下加热，以将至少一部分非晶相转变为第一结晶相，并将复合粉末转变为结晶铝‑铁‑硅(Al‑Fe‑Si)合金。第一结晶相是结晶Al‑Fe‑Si合金中的主要相。

引言

铁铝化合物(例如，FeAl和Fe₃Al)是具有规定的化学计量和有序晶体结构的金属间化合物。许多铁铝化合物表现出优异的高温抗氧化性、相对低的密度、高熔点、高强度重量比、良好的耐磨性、易加工性和低生产成本，因为它们通常不包含稀有元素，这使得它们是工业应用中不锈钢的有吸引力的替代品。然而，在低至中等温度下，铁铝化合物常常具有差的延展性和低的断裂韧性。在升高的温度下，已发现铁铝化合物表现出有限的抗蠕变性和高导热性。增加这些材料的铝含量会降低它们的密度并增强在高温下形成保护性氧化物层，但是由于称为氢脆的现象，也可能显着降低它们在含水环境(例如空气)中的延展性。

三元Al-Fe-Si金属间化合物由于其潜在的有利特性而可用于合金开发。特别地，在Al-Fe二元体系中添加硅有可能产生具有晶体结构的三元Al-Fe-Si金属间化合物，该晶体结构表现出相对低密度和良好机械性能的组合，例如良好的刚度和延展性。因此，本领域需要一种制造结晶Al-Fe-Si合金的方法，该合金具有规定的化学计量和有序的晶体结构，其表现相对低的密度和良好的化学、热和机械性能的理想组合。

发明内容

在制造结晶铝-铁-硅合金的方法中，可以提供含铝、铁和硅的复合粉末。复合粉末可包括非晶相和在环境温度下具有六方晶体结构的第一结晶相。复合粉末可以在850℃至950℃的温度下加热，以将至少一部分非晶相转变为第一结晶相，并将复合粉末转变为结晶铝-铁-硅(Al-Fe-Si)合金。第一结晶相可包含结晶Al-Fe-Si合金中的主要相。

结晶Al-Fe-Si合金可以不包括非晶相。

第一结晶相可以在原子基础上包含64-66.5％的铝(Al)、24-25％的铁(Fe)和9.5-11％的硅(Si)。

第一结晶相可以表现出a＝0.7509nm±0.005nm和c＝0.7594nm±0.005nm的晶格参数。

第一结晶相可以表现出P6₃/mmc晶体空间群。

第一结晶相的密度可小于5.0g/cm³。

按重量计，第一结晶相可占结晶Al-Fe-Si合金的大于65％。此外，结晶Al-Fe-Si合金可包含第二结晶相，其表现正交晶系或三斜晶系的晶体结构中的至少一种。在这种情况下，按重量计，第二结晶相可占结晶Al-Fe-Si合金的小于32％。

可以在900℃至930℃的温度下加热复合粉末，以将至少一部分非晶相转变为第一结晶相。在这种情况下，按重量计，第一结晶相可占结晶Al-Fe-Si合金的大于85％。结晶Al-Fe-Si合金还可包含第二结晶相，其表现正交晶系或三斜晶系的晶体结构中的至少一种。在这种情况下，按重量计，第二结晶相可占结晶Al-Fe-Si合金的小于15％。

按重量计，复合粉末可包含41-55％的铝(Al)、33-48％的铁(Fe)和9-13％的硅(Si)。

通过提供粉末形式的含铝、铁和硅的前驱体材料并机械合金化前驱体材料来制备复合粉末。含铝、铁和硅的前驱体材料可包括金属粉末混合物或预合金金属粉末中的至少一种。

复合粉末可以不通过熔融材料的快速凝固形成。