耐热铝合金的发展一直是一个持续的主题，能够在各种工作条件下扩大其应用。它们的用途之一是发动机部件，如活塞和气缸盖。它要求合金在高温下具有低热膨胀、高耐磨性、良好的铸造性和优异的机械性能。目前，大多数商业合金都是基于具有11-16%Si的二元Al-Si共晶系统设计的，添加一些其他元素，包括高达1.3%的Fe、0.5-5.5%的Cu、0.5-3%Ni和0.6-1-3%的Mg（wt%）能够进一步提高其机械性能。详细来说，添加大量Si有助于其低热膨胀、出色的铸造性和良好的耐磨性。铁和镍的添加可以导致相互连接的含铁和含镍的金属间化合物（IMC）的形成，具有高热稳定性。此外，在α-Al中具有高溶解度的Cu和Mg能够在老化后提供沉淀硬化。θ'-/θ''-Al2Cu，β'-Mg9Si5/ β''-Mg5Si6和Q'/Q（AlCuMgSi）沉淀物通常在这些合金中。然而，由于Cu和Mg在高温下在α-Al中的高扩散性和溶解度，当暴露在250°C以上的温度下，这些沉淀物对合金的机械性能的影响有限。关于在高温（>250°C）下增加合金的强度，耐热IMC起着主导作用。

此外，很明显，在巨大的未知多组分相空间中可以实现独特的微观结构和机械性能。特别是，由于IMC的体积分数高和精细的微观结构与二元共晶同类产品相比，具有二元共晶合金的多组分共晶合金通常具有特殊的机械或物理性能。因此，探索基于Al-Si的多组分共晶空间和IMC的工程是进一步提高高温下机械性能的另一种有前途的方法。

在这项研究中，英国布鲁内尔大学在第四代Al-Si-Ni-Fe系统中发现了三元共晶反应，并报告了Al-Si-Ni-Fe近共晶合金。研究了合金在室温和高温下的压缩力学性能，并将其与其他一些商业铝合金进行了比较。讨论了微观结构和机械性能之间的关系。相关研究成果以“A novel Al-Si-Ni-Fe near-eutectic alloy for elevated temperature applications”发表在顶刊Scripta Materialia上。

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

图1.（a）SEM透镜图像显示合金A的微观结构（b，c）从共晶细胞不同方向的高放大的SEM透镜图像，显示Si和金属间化合物（IMC）（d）合金A的DSC加热和冷却曲线；从FIB-SEM技术获得的共晶相的3D形态（e）α-Al、Si和IMC的3D结构，没有分割（f）金属间化合物的分割（IMC）（g）Si的分割；（h）合金B的SEM反向散射图像（i）合金B的SEM EDX映射。

图2.（a）TEM亮场图像显示共晶区域的微观结构（b）HAADF-STEM图像和共晶相的元素分布（c）IMC的SADP（d）IMC的TEM EDX点分析；（e）合金A的XRD光谱；（f）高度稳定配置的Si内容物上的Si溶液能（g）最稳定的示意图结构（Al4.75Si0.25）（Fe0.5Ni0.5）。

图3.（a）合金A在不同时间在200°C和300°C退火后的不同时间的维克斯硬度（b）在不同时间在200°C和300°C退火后IMC的杆间距；SEM透镜内图像显示合金A在200°C退火5小时（c）退火后，在200°C退火后360小时（d），在300°C退火后168小时（e）在300°C退火后360小时（f）的微观结构。

图4.（a）合金A和合金B的室温（RT）和高温压缩曲线（b）合金A、合金B和其他一些铝合金的屈服强度与温度；合金B在200°C压缩测试后的微观结构（c）共晶区的SEM反向散射图像，低倍率（d）和高倍率（e）下α-Al沉淀物的HAADF-STEM图像；（f）在300°C压缩测试后合金B中射区的SEM反向散射图像。

总之，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%）合金的微观结构和压缩力学性能。体积分数为15.1±1.9%的（Al，Si）₅（Fe，Ni）相是四边形Al_2.7FeSi_2.3型相，在室温和高温下的机械性能中起着重要作用。与Al-12.8Si-3.9Cu-1.9Ni-1.0Mg-0.4Fe（wt%）合金和其他一些典型的铝合金相比，该合金在室温和300°C下表现出更高的机械性能。它在行业中具有巨大的应用潜力，用于高温应用。