多元鋁合金中AL-CR-Si、MN-Ni-Si、Cr-Ni-Ti、AL-Fe-Mg-Ni-Si和AL-Cu-Fe-Mg-Ni體系的相圖熱力學(xué)研究.pdf

1、Al合金由于其優(yōu)良的綜合性能，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車等領(lǐng)域。Cu、Mg、Mn、Ni、Si、Fe、Cr、Ti等元素是Al合金中主要的合金元素或添加元素。相關(guān)體系的相圖和熱力學(xué)信息是研究Al合金性能的理論基礎(chǔ)。為了提高Al合金性能、改善生產(chǎn)工藝以及開發(fā)新型Al合金材料，建立多元Al合金精確的相圖熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)是非常有必要的。
　　本論文以多元商用Al合金中的五個(gè)重要體系(Al-Cr-Si、Mn-Ni-Si、Cr-Ni-Ti、Al-F

2、e-Mg-Ni-Si和Al-Cu-Fe-Mg-Ni)為研究目標(biāo)，通過(guò)集成關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)、第一性原理計(jì)算和CALPHAD(CALculationof PHAse Diagram)技術(shù)的方法獲得相應(yīng)體系精準(zhǔn)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)。本工作的主要研究成果如下:
　　(1)對(duì)Al-Cr-Si體系進(jìn)行了詳細(xì)的文獻(xiàn)評(píng)估，同時(shí)，借助于第一性原理計(jì)算了τ1(Al13Cr4Si4)和τ2(Al9Cr3Si)兩個(gè)三元化合物在0K時(shí)的形成焓。基于本工作第一性原理的結(jié)果

3、以及文獻(xiàn)報(bào)道的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和邊界二元系的熱力學(xué)描述，對(duì)Al-Cr-Si三元系進(jìn)行了重新優(yōu)化，最終得到了一套能夠準(zhǔn)確描述Al-Cr-Si體系整個(gè)成分和溫度范圍內(nèi)的熱力學(xué)參數(shù)。此外，本工作還構(gòu)筑了該體系的液相面投影圖和希爾反應(yīng)圖。
　　(2)采用XRD、SEM/EDX等實(shí)驗(yàn)手段，測(cè)定了Mn-Ni-Si體系1000℃等溫截面。同時(shí)，借助于第一性原理計(jì)算了τ4(MnNiSi)在0K時(shí)的形成焓。基于本工作實(shí)驗(yàn)和第一性原理計(jì)算的結(jié)果以及可靠的文獻(xiàn)

4、數(shù)據(jù)，優(yōu)化計(jì)算了Mn-Ni-Si三元系。首次成功地應(yīng)用同一個(gè)吉布斯自由能表達(dá)式描述了該體系中的Fcc_A1/L12和Bcc_ A2/Bcc_B2有序-無(wú)序轉(zhuǎn)變，并獲得了一套自洽的熱力學(xué)參數(shù)。此外，本工作還構(gòu)筑了Mn-Ni-Si體系的液相面投影圖和希爾反應(yīng)圖。
　　(3)應(yīng)用CALPHAD方法，修訂了Ni-Ti二元系的熱力學(xué)描述，并對(duì)Cr-Ni-Ti體系進(jìn)行了熱力學(xué)優(yōu)化。首次使用四個(gè)亞點(diǎn)陣模型描述三元系中的Bcc_A2/Bcc_ B

5、2有序-無(wú)序轉(zhuǎn)變?；谖墨I(xiàn)報(bào)道的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得了一套自洽的熱力學(xué)參數(shù)。通過(guò)計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比可知，本工作獲得的熱力學(xué)參數(shù)能夠準(zhǔn)確地描述所有可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
　　(4)本工作重新優(yōu)化了Al-Fe-Si三元系的富Al角并修正了描述 Al-Fe-Ni三元系中Al9FeNi相的參數(shù)。結(jié)合本工作所獲得的Al-Fe-Si和Al-Fe-Ni體系的熱力學(xué)參數(shù)和文獻(xiàn)中已報(bào)道的其他三元系的熱力學(xué)參數(shù)，優(yōu)化計(jì)算了Al-Fe-Ni-Si、Al-Fe-

6、Mg-Si和Al-Cu-Fe-Ni三個(gè)四元系，并外推計(jì)算了Al-Fe-Mg-Si、Al-Cu-Fe-Mg和Al-Cu-Mg-Ni三個(gè)四元系，最后建立了Al-Fe-Mg-Ni-Si和Al-Cu-Fe-Mg-Ni五元系的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)。利用該數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算的相圖數(shù)據(jù)、平衡凝固和Gulliver-Scheil非平衡凝固行為能很好地描述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。基于顯微模型計(jì)算了商用6063合金(Al-0.39Si-0.20Fe-0.43Mg，質(zhì)量百分?jǐn)?shù))和2618