Ce-Al-Cu三元系相關(guān)系及其非晶形成能力的研究.pdf

1、準(zhǔn)確的相圖數(shù)據(jù)對(duì)合金各種性能起到很好的理解作用。Ce-Al-Cu三元合金是稀土基非晶合金體系中最重要的體系之一,具有良好且不同于一般合金體系非晶形成能力規(guī)律的特點(diǎn),為研究該合金體系非晶形成能力的熱力學(xué)機(jī)理,對(duì)其相關(guān)系的研究非常必要且具有重要的科學(xué)意義。本文采用X射線粉末衍射(XRD),掃描電鏡(SEM)和差示量熱掃描分析(DSC)等方法測(cè)定了重新測(cè)定了 Ce-Cu二元相圖和 Ce-Al-Cu三元體系300℃等溫截面,并利用CALPHAD

2、技術(shù)對(duì)Ce-Cu二元相圖進(jìn)行了初步的優(yōu)化,最后采用熔體旋淬法對(duì)Ce-Al-Cu三元體系的非晶形成能力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。本論文主要研究成果如下:
　　(1)采用電弧熔煉法通過(guò)對(duì)18個(gè)關(guān)鍵合金來(lái)重新測(cè)定Ce-Cu二元相圖。結(jié)果表明:Ce-Cu二元系存在五個(gè)中間化合物(Cu6Ce, Cu5Ce Cu4Ce, Cu2Ce和CuCe),包含3個(gè)共晶反應(yīng)(L(Cu)+Cu6Ce(879℃),L+Cu2CeCu4Ce(753℃),和 LCuCe+

3、(Ce)(416℃);三個(gè)包晶反應(yīng)(L+Cu6CeCu5Ce(799℃), L+Cu5CeCu4Ce(792℃)和L+Cu2CeCuCe(491℃);兩個(gè)均質(zhì)反應(yīng)(LCu6Ce(947℃)和LCu2Ce(812℃);一個(gè)熔晶反應(yīng)(Ce)L+(Ce))(702℃)。在此基礎(chǔ)上通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定得到了修正后的Ce-Cu相圖。
　　(2)用熱力學(xué)計(jì)算CALPHAD方法對(duì)Ce-Cu體系進(jìn)行了初步的熱力學(xué)優(yōu)化。在查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)文獻(xiàn)報(bào)道的實(shí)驗(yàn)

4、數(shù)據(jù)進(jìn)行熱力學(xué)評(píng)估,結(jié)合本工作測(cè)定的零變量反應(yīng)溫度和液相溫度,用CALPHAD方法對(duì)Ce-Cu體系重新進(jìn)行了熱力學(xué)優(yōu)化,重新獲得了一套描述Ce-Cu體系的熱力學(xué)參數(shù)。初步優(yōu)化結(jié)果的最大溫度偏差縮小至12K(LCu4Ce+Cu2Ce),且優(yōu)化后的Ce-Cu體系的混合焓與實(shí)驗(yàn)報(bào)道結(jié)果吻合的很好。
　　(3)采用電弧熔煉法對(duì)Ce-Al-Cu三元系300℃的等溫截面進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果表明:在300℃下,Cu在Ce3Al11,CeAl3和CeA

5、l2下的最大固溶度分別為1.6％,3.5%和5.4%。在此基礎(chǔ)上確定了Ce-Al-Cu300 oC等溫截面,它由16個(gè)單相區(qū),32個(gè)兩相區(qū)和17個(gè)三相區(qū)組成。16個(gè)單相區(qū):(Al),Ce3Al11,CeAl3,CeAl2,CeAl,Ce3Al,Ce,CeCu,CeCu5, AlCu,Al2Cu,τ1(CeAl8Cu4),τ2CeAl3Cu,τ3(Ce2Al13Cu13),τ4(Ce2Al10Cu7),τ5(Ce2AlCu2)。32個(gè)兩相

6、區(qū):(Al)+Ce3Al11,Ce3Al11+CeAl3,CeAl3+CeAl2,CeAl2+CeAl,CeAl+Ce3Al, Ce3Al+Ce,Ce+CeCu,CuAl+CuAl2,(Al)+CuAl2,CuAl2+τ1,(Al)+τ1,(Al)+τ2,τ1+τ2,τ2+ Ce3Al11,CuAl2+τ3,CuAl+τ3,τ1+τ3,τ4+τ3,τ1+τ4,τ4+τ2,τ2+ CeAl3,τ2+ CeAl2, CeCu5+τ4,CeC

7、u5+CeAl2,τ2+CeCu5,τ3+CeCu5,τ5+CeCu5,CeAl2+τ5,CeAl+τ5,Ce3Al+τ5,CeCu+τ5,Ce3Al+CeCu。17個(gè)三相區(qū):(Al)+ Al2Cu+τ1,(Al)+τ1+τ2,(Al)+τ2+Ce3Al11, CuAl+CuAl2+τ3,CuAl2+τ1+τ3,τ1+τ3+τ4,τ1+τ2+τ4,Ce3Al11+ CeAl3+τ2,τ2+CeAl3+CeAl2,CeCu5+τ3+τ4,

8、CeCu5+τ4+τ2,CeCu5+ CeAl2+τ2,CeCu5+ CeAl2+τ5,CeAl+CeAl2+τ5,CeAl+ Ce3Al+τ5,CeCu+ Ce3Al+τ5,CeCu+ Ce3Al+ Ce。
　　(4)采用熔體旋淬法制備了Ce70AlxCu30-x( x=5,10,13)和Ce90-xAl10Cux(x=15,20,25)非晶合金薄帶以研究其非晶形成能力。用X-射線衍射法(XRD)進(jìn)行物相表征,用差示掃描量熱法(

9、DSC)測(cè)量樣品在加熱過(guò)程中的相變規(guī)律,表征計(jì)算合金的非晶形成能力相關(guān)參數(shù)(Tg、Tx、Tm、Tl、Trg、γ),從而實(shí)驗(yàn)確定Ce-Al-Cu體系的非晶形成能力及相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系。結(jié)果表明:XRD相分析法表明合金薄帶是由非晶或非晶與部分晶體相組成,DSC差示掃描量熱結(jié)果中放熱峰的存在同樣表明合金中非晶相的存在;Ce-Al-Cu合金的非晶形成能力與約化玻璃轉(zhuǎn)化溫度Trg成反比,與其他評(píng)估非晶形成能力的參數(shù)沒(méi)有直接關(guān)系;Ce70Al10C