Al-Cu-Mn、Al-Cu-Si、Al-Mg-Ni和Ni-Ti-Si體系的相圖測(cè)定及熱力學(xué)研究.pdf

1、CALPHAD(CALculation of PHAse Diagram)技術(shù)基于熱力學(xué)模型，廣泛地應(yīng)用于多組元材料體系的相圖熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算和相變模擬。CALPHAD方法所得的化學(xué)勢(shì)和熱力學(xué)因子可以用來進(jìn)行擴(kuò)散模擬，相驅(qū)動(dòng)力結(jié)合Landau理論還可以用來模擬微觀結(jié)構(gòu)的演變等。CALPHAD技術(shù)的成功應(yīng)用依賴于精確的多組元體系的相圖熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，因此獲得多組元體系相圖熱力學(xué)性質(zhì)是材料科學(xué)領(lǐng)域一個(gè)重要的研究方向。 由于Al基合

2、金具有優(yōu)良的物理和機(jī)械性能，廣泛地用于交通運(yùn)輸、包裝容器、建筑裝飾、航天航空等領(lǐng)域。Cu、Mg、Mn、Ni、Si、Ti等元素是Al基合金中的主要合金元素。為了開發(fā)高性能鋁合金材料并改進(jìn)其制備工藝，有必要獲得準(zhǔn)確的多組元Al基合金體系的相圖熱力學(xué)信息。作為“多組元Al合金體系的相圖測(cè)定、熱力學(xué)計(jì)算及顯微組織演變的模擬”研究項(xiàng)目的一部分，本文通過CALPHAD技術(shù)和關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)Al-Cu-Mn、Al-Cu-Si、Al-Mg-Ni

3、、Ni-Ti-Si四個(gè)三元合金體系進(jìn)行了相圖熱力學(xué)研究。 (1)重新測(cè)定了Cu-Mn二元系的相關(guān)系，準(zhǔn)確測(cè)定了零變量平衡：(DMn)+γ→(aMn)的反應(yīng)溫度以及26～93 at％Mn成分范圍內(nèi)的液相線溫度。根據(jù)本工作所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)重新優(yōu)化了Cu-Mn二元系。 基于本工作所獲得的Cu-Mn二元系的熱力學(xué)描述，結(jié)合文獻(xiàn)中報(bào)道的Al-Cu和Al-Mn體系的熱力學(xué)參數(shù)，優(yōu)化并計(jì)算了Al-Cu-Mn三元系在整個(gè)成分范圍

4、內(nèi)的相平衡，獲得了一套自洽的能夠描述各相自由能的熱力學(xué)參數(shù)。計(jì)算結(jié)果較好地重現(xiàn)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本工作還構(gòu)筑了Al-Cu-Mn體系的液相面投影圖和工程上廣泛運(yùn)用的希爾反應(yīng)圖。 (2)實(shí)驗(yàn)測(cè)定了Al-Cu-Si三元體系在500和600℃下的等溫截面?；诒竟ぷ鞯膶?shí)驗(yàn)結(jié)果和可靠的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，優(yōu)化和計(jì)算了Al-Cu-Si三元體系在整個(gè)溫度與成分范圍內(nèi)的相平衡，獲得了一套描述各相自由能的熱力學(xué)參數(shù)。計(jì)算的系列等溫截面、垂直截面、零變量反應(yīng)、

5、以及液相混合焓性質(zhì)圖與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較表明，計(jì)算能精確的描述可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本工作還構(gòu)筑了該體系完整的希爾反應(yīng)圖，獲得了該體系相關(guān)系的全局表征。 (3)通過大量的實(shí)驗(yàn)工作，探索出了一種制備Mg合金以用于相圖測(cè)定的新方法。應(yīng)用該方法，首次成功地測(cè)定了Al-Mg-Ni三元體系700和427℃等溫截面，為Al-Mg-Ni體系的熱力學(xué)計(jì)算提供了可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 (4)應(yīng)用CALPHAD方法，對(duì)復(fù)雜的Ni-Ti-Si三元系進(jìn)行相圖熱力