Co-X(X-V,Ta)基合金熱力學數(shù)據(jù)庫的建立及其合金設計.pdf

1、Co基合金具有良好的磁學性能、耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性以及生物相容性，因此在國防和民用工業(yè)中是一種重要的金屬材料。然而長期以來對新型Co基材料的開發(fā)通常是憑借經(jīng)驗或是采用試錯法，缺乏相應的理論指導，研發(fā)周期長，耗資大，效率低。近年來，隨著“材料基因組”計劃的提出，研究者希望能夠重組Co基材料的“材料基因”，從而可以根據(jù)工業(yè)需求來有目的地研發(fā)新型Co基材料。CALPHAD(CALculation of PHAse Diagram)是一種行

2、之有效地獲得“材料基因”的方法，基于熱力學數(shù)據(jù)庫可以對材料的組織和性能作出預測。目前，專業(yè)的鋼鐵合金、鎳基高溫合金、鋁合金、鎂合金、銅合金以及無鉛焊接材料熱力學數(shù)據(jù)庫均已經(jīng)被開發(fā)并商業(yè)化，但還沒有一個比較完善的Co基合金的熱力學數(shù)據(jù)庫。因此，建立關鍵應用領域Co基合金（包括Co基高溫合金、垂直磁記錄材料等)的熱力學數(shù)據(jù)庫，無論是對于Co基新材料的開發(fā)還是對目前已有Co基材料的性能改進，都具有重要的理論價值和實際意義。
　　本研究通

3、過合金法和擴散偶法對部分重要的Co-X(X∶V,Ta)基合金體系的相圖進行了實驗研究、結合部分已報道的熱力學性質(zhì)及相平衡信息，采用CALPHAD方法，對部分重要的Co基二元和三元系相圖進行了熱力學優(yōu)化與計算，獲得了自洽性良好的熱力學參數(shù)?；讷@得的熱力學參數(shù)，計算的相圖與實驗相圖符合較好。此外，本研究以Co-V基磁性薄膜的設計及制備為例，介紹了數(shù)據(jù)庫在材料設計上的應用，研究結果表明該數(shù)據(jù)庫可以為Co基材料的研發(fā)提供重要的理論指導。以下為

4、本研究的主要內(nèi)容:
　　(1)通過合金法或擴散偶法，采用EPMA背散射電子圖像組織觀察、WDX成分分析以及XRD相結構分析等方法，對Co-V二元系、Co-V-Cr(800℃、1000℃、1100℃、1200℃)、Co-V-Fe(800℃、1000℃、1100℃、1200℃)、Co-V-Ni(800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃)、Co-Ta-Cr(800℃、900℃、1100℃)、Co-Ta-Ni(1200℃、1

5、300℃)、Co-Ta-Fe(1000℃)以及Fe-Ni-V(1000℃、1100℃、1200℃)共計8個合金體系進行了相平衡的實驗測定，獲得了共計22個等溫截面相圖。研究結果表明:σ相在Co-V-X(X∶ Cr, Fe，Ni)各三元系中均形成了連續(xù)固溶體（化合物）相;在Co-Ta-Cr三元系中，高溫相(Co，Cr)2Ta(HT)相在低溫段會被穩(wěn)定化;本研究測定的全部等溫截面相圖中均未發(fā)現(xiàn)三元化合物相。
　　(2)結合本研究所獲得

6、的實驗結果和文獻報道的實驗信息，采用CALPHAD方法，對Co-V二元系相圖進行了熱力學優(yōu)化與再計算。為了統(tǒng)一熱力學模型，對Co-Ta、Fe-Ta及Ni-Ta各二元系相圖進行了熱力學再計算。在本研究及文獻報道的實驗信息的基礎上，對Co-V-X(X∶ Cr, Fe，Ni)、Co-Ta-X(X∶Cr, Fe，Ni)以及Fe-Ni-V、Co-Fe-Ni和Cr-Fe-V各三元系相圖進行了熱力學優(yōu)化與計算，并建立了Co-X(X∶V,Ta)基合金的

7、熱力學數(shù)據(jù)庫。
　　(3)基于本研究建立的Co-X(X∶V，Ta)基合金的熱力學數(shù)據(jù)庫，對Co-V二元及Co-V基三元系的hcp兩相分離的相界線（亦稱溶解度間隙）進行了熱力學計算，并分別計算了鐵磁性hcp相與順磁性hcp相的相分數(shù)隨成分及溫度的變化曲線。在計算結果的基礎上，設計了Co-V二元及Co-V-Ta三元合金薄膜的成分，并利用磁控濺射法制備了一系列Co-V基合金薄膜，對其微觀組織和磁學性能進行了研究。研究結果表明:Co-V二