【DE102019111382A1】发明【专利】

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*DE102019111382A120191121*
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DE 10 2019 111 382 A1 2019.11.21
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Offenlegungsschrift
(21)Aktenzeichen: 10 2019 111 382.2(22)Anmeldetag: 02.05.2019(43)Offenlegungstag: 21.11.2019(51) Int Cl.:
C22C 21/00 (2006.01)
C22C 1/00 (2006.01)
(30)Unionspriorität:
15/984,883
21.05.2018US
(71)Anmelder:
GM Global Technology Operations LLC, Detroit,Mich., US (74)Vertreter:
LKGLOBAL | Lorenz & Kopf PartG mbB Patentanwälte, 80333 München, DE (72)Erfinder:
Liu, Zhongyi, Warren, Mich., US; Qi, Tengjiao,Warren, MI, US; Salvador, James R., Warren,
Mich., US; Kukreja, Ratandeep S., Warren, Mich.,US
Prüfungsantrag gemäß § 44 PatG ist gestellt.
Die folgenden Angaben sind den vom Anmelder eingereichten Unterlagen entnommen.
(54)Bezeichnung: VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER KRISTALLINEN ALUMINIUM-EISEN-SILIZIUM-LEGIERUNG
(57) Zusammenfassung: Vorgesehen ist ein Verfahren zur Herstellung einer kristallinen Aluminium-Eisen-Silizium-Le-gierung und gegebenenfalls einer Automobilkomponente,die diese umfasst, umfassend das Bilden eines Verbund-blocks mit einer Vielzahl von kristallinen
Phasen durch Schmelzen von Aluminium-, Eisen- und Siliziumrohstoffen in einer inerten Umgebung, um eine im Wesentlichen homo-gene Schmelze zu bilden, anschließendes Verfestigen der Schmelze und Glühen des Blocks unter Vakuum durch Er-wärmen auf eine Temperatur im Bereich von 850 °C bis 1000°C zu einem geglühten kristallinen Block, worin die vorherr-schende kristalline Phase FCC Al 3Fe 2Si ist. Die Rohstoffe können ferner einen oder mehrere Zusatzstoffe wie Zink, Zir-konium, Zinn und Chrom beinhalten. Das Schmelzen kann oberhalb des FCC Al 3Fe 2Si Schmelzpunktes der kristallinen Phase oder bei einer Temperatur von etwa 1100 °C bis et-wa 1400 °C erfolgen. Das Glühen kann unter Vakuumbedin-gungen erfolgen.
DE 10 2019 111 382 A1 2019.11.21
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Beschreibung EINLEITUNG
[0001] Eisenaluminide (z. B. FeAl und Fe 3Al) sind intermetallische Verbindungen mit einer definierten Stöchiometrie und einer geordneten Kristallstruk-tur. Viele Eisenaluminide weisen eine ausgezeich-nete Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit, rela-tiv niedrige Dichten, hohe Schmelzpunkte, hohe Festigkeits-/Gewichtsverhältnisse, gute Verschleiß-festigkeit, einfache Verarbeitung und niedrige Pro-duktionskosten auf, da sie im Allgemeinen keine sel-tenen Elemente enthalten, was sie zu attraktiven Er-satzstoffen für Edelstahl in industriellen Anwendun-gen macht. Bei niedrigen bis mittleren Temperatu-ren leiden Eisenaluminide jedoch oft unter schlechter Duktilität und geringer Bruchzähigkeit. Bei erhöhten Temperaturen weisen Eisenaluminide eine begrenz-te Kriechfestigkeit und eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Die Erhöhung des Aluminiumgehalts dieser Ma-terialien kann ihre Dichte verringern und die Bildung einer schützenden Oxidschicht bei hohen Tempera-turen verstärken, aber auch ihre Duktilität in feuch-tigkeitshaltigen Umgebungen (z. B. Luft) aufgrund eines Phänomens, das als Wasserstoffversprödung bekannt ist, deutlich verringern.
[0002] Ternäre intermetallische Al-Fe-Si-Verbindun-gen sind aufgrund ihrer potenziell vorteilhaften Eigen-schaften für die Entwicklung von Legierungen von In-teresse. Insbesondere die Zugabe von Silizium in das Al-Fe Binärsystem hat das Potenzial, eine ternäre in-termetallische Al-Fe-Si-Verbindung mit einer Kristall-struktur zu erzeugen, die eine Kombination aus einer relativ geringen Dichte und guten mechanischen Ei-genschaften, wie z. B. gute Steifigkeit und Duktilität,aufweist. Daher besteht in der Technik Bedarf an ei-nem Verfahren zur Herstellung einer kristallinen Al-Fe-Si-Legierung mit einer festgelegten Stöchiometrie und einer geordneten Kristallstruktur, die eine relativ geringe Dichte und eine wünschenswerte Kombinati-on von guten chemischen, thermischen und mecha-nischen Eigenschaften aufweist.
KURZDARSTELLUNG
[0003] Ein Verfahren zur Herstellung einer kristalli-nen Aluminium-Eisen-Silizium-Legierung ist vorgese-hen, und beinhaltet das Bilden eines Verbundblocks,der eine Vielzahl von kristallinen Phasen umfasst,durch Schmelzen von Aluminium-, Eisen- und Silizi-umrohstoffen in einer inerten Umgebung, um eine im Wesentlichen homogene Schmelze zu bilden und an-schließend die Schmelze zu verfestigen, sowie das Glühen des Blocks unter Vakuum durch Erhitzen auf eine Temperatur in einem Bereich von 850 °C bis 1000 °C, um einen geglühten kristallinen Block zu erhalten. Die vorherrschende kristalline Phase des geglühten kristallinen Blocks ist FCC Al 3Fe 2Si. Das
Schmelzen kann das Erwärmen auf eine Temperatur von etwa 1100 °C bis etwa 1400 °C beinhalten. Das Schmelzen kann das Erwärmen auf eine Tempera-tur über dem FCC-Schmelzpunkt Al 3Fe 2Si der kristal-linen Phase beinhalten. Die im Wesentlichen inerte Umgebung kann eine Argon-Atmosphäre beinhalten.Das Verfestigen der Schmelze kann das Abkühlen der Schmelze in der inerten Umgebung auf mindes-tens etwa 1050 °C beinhalten. Das Glühen kann un-ter einem Vakuum mit Drücken unter etwa 60 mTorr erfolgen. Der Verbundblock kann weniger als etwa 0,01 % FCC Al 3Fe 2Si der kristallinen Phase beinhal-ten. Der geglühte kristalline Block kann weniger als etwa 1 % triklinische Al-Fe-Si kristalline Phasen und weniger als etwa 5 % hexagonale Al-Fe-Si kristalli-ne Phasen beinhalten. Mindestens etwa 90 % des geglühten kristallinen Blocks können die kristalline FCC Al 3Fe 2Si-Phase beinhalten. Der geglühte Block kann weniger als etwa 1 % amorphes Phasenmateri-al beinhalten. Das Verfahren kann ferner das Mahlen des Verbundblocks vor dem Glühen beinhalten. Die Schmelze kann etwa 31 % bis etwa 35 % Aluminium,etwa 50 % bis etwa 55 % Eisen und etwa 11 % bis etwa 13 % Silizium beinhalten.
[0004] Ein Verfahren zur Herstellung einer kristalli-nen Aluminium-Eisen-Silizium-Legierung ist vorgese-hen. Das Verfahren beinhaltet das Bilden eines Ver-bundblocks, der eine Vielzahl von kristallinen Pha-sen umfasst, durch Schmelzen von Aluminium-, Ei-sen- und Siliziumrohstoffen bei einer Temperatur von mindestens etwa 1050 °C und anschließendes Ver-festigen der Schmelze und schließlich das Glühen des Blocks durch Erwärmen auf eine Temperatur von bis zu etwa 1000 °C, um einen geglühten kris-tallinen Block herzustellen. Mindestens etwa 90 %des geglühten kristallinen Blocks umfassen eine FCC Al 3Fe 2Si kristalline Phase. Das Schmelzen kann in ei-ner inerten Umgebung erfolgen. Die Schmelze kann etwa 31 % bis etwa 35 % Aluminium, etwa 50 % bis etwa 55 % Eisen und etwa 11 % bis etwa 13 % Si-lizium beinhalten. Das Glühen kann unter einem Va-kuum mit Drücken unter etwa 60 mTorr erfolgen. Der Verbundblock kann weniger als etwa 0,01 % FCC Al 3Fe 2Si der kristallinen Phase beinhalten.
[0005] Ein Verfahren zur Herstellung einer Automo-bilkomponente ist vorgesehen. Das Verfahren be-inhaltet das Bilden eines Verbundblocks, der ei-ne Vielzahl von kristallinen Phasen umfasst, durch Schmelzen von Aluminium-, Eisen- und Siliziumroh-stoffen in einer inerten Umgebung bei einer Tempe-ratur von etwa 1100 °C bis etwa 1400 °C und an-schließendes Verfestigen der Schmelze, und schließ-lich das Glühen des Blocks unter einem Vakuum von Drücken unter etwa 60 mTorr durch Erwärmen auf ei-ne Temperatur in einem Bereich von 850 °C bis 1000°C und anschließendes Abkühlen, um einen geglüh-ten kristallinen Block zu erhalten. Mindestens etwa 90 % des geglühten kristallinen Blocks umfassen ei-。