耐熱鋁合金的發展一直是一個持續的主題，能夠在各種工作條件下擴大其應用。它們的用途之一是發動機部件，如活塞和氣缸蓋。它要求合金在高溫下具有低熱膨脹、高耐磨性、良好的鑄造性和優異的機械性能。目前，大多數商業合金都是基于具有11-16%Si的二元Al-Si共晶系統設計的，添加一些其他元素，包括高達1.3%的Fe、0.5-5.5%的Cu、0.5-3%Ni和0.6-1-3%的Mg（wt%）能夠進一步提高其機械性能。詳細來說，添加大量Si有助于其低熱膨脹、出色的鑄造性和良好的耐磨性。鐵和鎳的添加可以導致相互連接的含鐵和含鎳的金屬間化合物（IMC）的形成，具有高熱穩定性。此外，在α-Al中具有高溶解度的Cu和Mg能夠在老化后提供沉淀硬化。θ'-/θ''-Al2Cu，β'-Mg9Si5/ β''-Mg5Si6和Q'/Q（AlCuMgSi）沉淀物通常在這些合金中。然而，由于Cu和Mg在高溫下在α-Al中的高擴散性和溶解度，當暴露在250°C以上的溫度下，這些沉淀物對合金的機械性能的影響有限。關于在高溫（>250°C）下增加合金的強度，耐熱IMC起著主導作用。

此外，很明顯，在巨大的未知多組分相空間中可以實現獨特的微觀結構和機械性能。特別是，由于IMC的體積分數高和精細的微觀結構與二元共晶同類產品相比，具有二元共晶合金的多組分共晶合金通常具有特殊的機械或物理性能。因此，探索基于Al-Si的多組分共晶空間和IMC的工程是進一步提高高溫下機械性能的另一種有前途的方法。

在這項研究中，英國布魯內爾大學在第四代Al-Si-Ni-Fe系統中發現了三元共晶反應，并報告了Al-Si-Ni-Fe近共晶合金。研究了合金在室溫和高溫下的壓縮力學性能，并將其與其他一些商業鋁合金進行了比較。討論了微觀結構和機械性能之間的關系。相關研究成果以“A novel Al-Si-Ni-Fe near-eutectic alloy for elevated temperature applications”發表在頂刊Scripta Materialia上。

鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S135964622300430X

圖1.（a）SEM透鏡圖像顯示合金A的微觀結構（b，c）從共晶細胞不同方向的高放大的SEM透鏡圖像，顯示Si和金屬間化合物（IMC）（d）合金A的DSC加熱和冷卻曲線；從FIB-SEM技術獲得的共晶相的3D形態（e）α-Al、Si和IMC的3D結構，沒有分割（f）金屬間化合物的分割（IMC）（g）Si的分割；（h）合金B的SEM反向散射圖像（i）合金B的SEM EDX映射。

圖2.（a）TEM亮場圖像顯示共晶區域的微觀結構（b）HAADF-STEM圖像和共晶相的元素分布（c）IMC的SADP（d）IMC的TEM EDX點分析；（e）合金A的XRD光譜；（f）高度穩定配置的Si內容物上的Si溶液能（g）最穩定的示意圖結構（Al4.75Si0.25）（Fe0.5Ni0.5）。

圖3.（a）合金A在不同時間在200°C和300°C退火后的不同時間的維克斯硬度（b）在不同時間在200°C和300°C退火后IMC的桿間距；SEM透鏡內圖像顯示合金A在200°C退火5小時（c）退火后，在200°C退火后360小時（d），在300°C退火后168小時（e）在300°C退火后360小時（f）的微觀結構。

圖4.（a）合金A和合金B的室溫（RT）和高溫壓縮曲線（b）合金A、合金B和其他一些鋁合金的屈服強度與溫度；合金B在200°C壓縮測試后的微觀結構（c）共晶區的SEM反向散射圖像，低倍率（d）和高倍率（e）下α-Al沉淀物的HAADF-STEM圖像；（f）在300°C壓縮測試后合金B中射區的SEM反向散射圖像。

總之，研究了具有三元共晶固化（Liquid→α-Al+Si+(Al,Si)₅(Fe,Ni)）的Al-15.0Si-4.1Ni-1.9Fe（wt%）合金的微觀結構和壓縮力學性能。體積分數為15.1±1.9%的（Al，Si）₅（Fe，Ni）相是四邊形Al_2.7FeSi_2.3型相，在室溫和高溫下的機械性能中起著重要作用。與Al-12.8Si-3.9Cu-1.9Ni-1.0Mg-0.4Fe（wt%）合金和其他一些典型的鋁合金相比，該合金在室溫和300°C下表現出更高的機械性能。它在行業中具有巨大的應用潛力，用于高溫應用。