Ag-Zr-Y体系相平衡的实验测定与热力学计算（英文）

利用XRD、SEM-EDS技术研究Ag-Zr-Y体系在800、600和500℃的相平衡。测定Y在Ag₂Zr和AgZr相以及Zr在Ag₅₁Y₁₄、Ag₂Y和AgY相中的溶解度。在这些相图的等温截面中未发现三元化合物的存在。根据本研究和文献报道的实验数据，采用CALPHAD相图计算方法对Ag-Zr-Y体系进行热力学评估。采用置换溶液模型描述熔体相以及亚点阵模型描述二元化合物。通过优化得到一套自洽且能准确描述Ag-Zr-Y体系的热力学参数。计算几个代表性的等温截面和液相面投影图，并构筑Ag-Zr-Y体系的希尔反应图。计算结果与实验数据相吻合。     

Al-Ca-Fe合金中Al10CaFe2化合物的形成与表征(英文)

采用热力学计算和实验技术研究铝角的Al-Ca-Fe体系相图,包括液相面投影图和凝固反应。结果表明,与铝固溶体(Al)平衡的不是Al₃Fe相,而是一种组成符合化学式Al₁₀CaFe₂的三元化合物。通过包晶转变L+Al₃Fe→(Al)+Al₁₀CaFe₂(638℃,3.3%Ca和0.5%Fe,摩尔分数)发生从二元化合物到三元化合物的转变。与针状Al₃Fe相夹杂物不同,三元化合物的初晶和共晶具有致密的形貌。使用第一性原理计算和X射线衍射分析确定三元化合物Al₁₀CaFe₂的晶格结构。此外,近共晶合金Al-6%Ca-1%Fe(质量分数)在500～600℃退火后具有细晶组织,过量相的总体积分数约为25%。因此,Al-Ca-Fe体系可用于制造新的铝基复合合金。     

Cu改性Ti5Si3金属间化合物的制备与力学性能

采用真空热压方法原位合成了纯Ti₅Si₃和Cu改性Ti₅Si₃金属间化合物,利用X射线衍射和扫描电镜方法研究了金属间化合物的相组成和微观结构。测试了材料的抗弯强度和断裂韧度,分析和探讨了材料的强韧化机理。结果显示Ti₅Si₃金属间化合物的抗弯强度和断裂韧度随Cu掺量的增加而显著增加,分析表明延性合金CuTi的生成、晶粒细化是Ti₅Si₃金属间化合物强韧化的主要原因。     

Mg-Al-Gd铸造合金的相平衡及凝固行为（英文）

采用CALPHAD (CALculation of PHAse Diagrams)方法重新对Mg-Al-Gd三元系进行评估,获得一套自洽的热力学参数。用Mg_x(TM,Mg)₆(RE,Mg)₈热力学模型(TM=过渡金属,RE=稀土金属)描述长周期堆积有序相14H和18R。计算代表性的等温截面、垂直截面、液相线投影图和相关的零变量反应,与实验数据进行比较,表明所得热力学参数的可靠性。绘制了整个三元体系的反应图,并对几种Mg-Al-Gd合金的Scheil凝固路径和相分数进行计算和分析,清楚地描述了凝固过程中各相的形成以及γ和LPSO相的相分数随Gd成分的变化,这些是影响Mg-Al-Gd合金的显微硬度、极限抗拉强度和屈服强度的重要因素。     

Ag-Sn-Zr三元系的热力学模拟和凝固显微组织（英文）

采用关键实验和热力学模拟研究Ag–Sn–Zr三元系的相平衡。通过制备22个平衡合金，采用X射线衍射、扫描电子显微镜和能量色散X射线能谱测定Ag–Sn–Zr体系500、700和900℃的等温截面。通过制备8个铸态合金，研究合金的凝固行为。测定Zr、Sn和Ag在Ag–Sn、Ag–Zr和Sn–Zr体系中二元化合物的溶解度，未发现三元化合物存在。基于3个边际二元系的热力学描述及获得的相平衡数据，采用CALPHAD方法对Ag–Sn–Zr体系进行热力学优化，得到一套自洽的热力学参数。计算的等温截面与实验数据吻合较好。计算和构筑Ag–Sn–Zr体系在整个成分范围内的液相面投影图和希尔反应图，模拟Gulliver-Scheil非平衡条件下铸态合金的凝固行为。模拟结果与实验数据相一致。     

Cr、Fe置换优化α-Al(MnCrFe)Si相稳定性、电子结构及力学性能

利用第一性原理计算了α-AlSiMnCrFe化合物稳定性、电子特性、力学性能及其弹性各向异性。AlSiMnCrFe化合物的形成焓以及结合能均不大于0,表明这些化合物都具有较好的热力学稳定性。Al₁₀₂Si₁₂Mn₁₆Cr₂Fe₆形成焓最低,说明此化合物比其他AlSiMnCrFe化合物稳定性好。AlSiMnCrFe化合物结合键主要种类有金属键、共价键以及离子键。Al₁₀₂Si₁₂Mn₁₆Cr₈体模量最高,达104.3 GPa;Al₁₀₂Si₁₂Mn₁₆Cr₈弹性模量和剪切模量最大,分别为156.9 GPa和63.6 GPa。根据弹性模量3D曲面图以及投影图可知,AlSiMnCrFe化合物具有弹性各向异性。     

Zn-Al-Ti三元体系450和600°C等温截面的相关系（英文）

通过平衡合金法实验确定Zn-Al-Ti三元系450和600°C等温截面的相关系。采用扫描电镜-能谱仪以及X射线衍射对样品进行分析。在450和600°C等温截面中分别存在7和8个三相区,由于锌在Ti₂Al₅相中的溶解,使得仅在高温下(990¹199.4°C)存在的Ti₂Al₅相能够在较低温度下稳定存在。450°C等温截面中的T相并非Ti Zn3的延伸相,而是一个三元化合物。T₂相是Zn-Al-Ti三元体系中一个新的三元相,并且在450和600°C下稳定存在。     

Ti(Cu,Pt)2和Ti(Cu,Pt)3相的晶体结构和弹性性能(英文)

利用X射线粉末衍射数据结合Rietveld结构精修方法研究并确定两个新三元相Ti(Cu,Pt)₂和Ti(Cu,Pt)₃的晶体结构。使用电子探针(EPMA)检测样品的成分,同时结合纳米压痕技术和第一性原理计算对其弹性性能进行研究。研究发现,Ti(Cu,Pt)₂的空间群为Amm2(No.38),与VAu₂有着相同的结构类型。Ti(Cu,Pt)₃的结构为四方晶系的AlPt₃结构类型,属于P4/mmm空间群(No.123)。纳米压痕测量和第一性原理计算表明,Ti(Cu,Pt)₂的弹性模量随Pt含量的增加先增大,然后减小;而Ti(Cu,Pt)₃的弹性模量随Pt含量的增加几乎呈线性增加。     

氩弧熔敷Ti-Si-C系陶瓷涂层中物相的热力学预测

利用热力学原理推导出反应焓和反应吉布斯（Gibbs）自由能与温度的关系式.根据Ti-Si-C系相图,对用钨极氩弧（TIG）热在钛合金表面熔敷形成涂层过程中可能的12个化学反应进行热力学分析.热力学计算得出,Ti元素能与SiC,Si及C元素反应生成TiC,Ti₃SiC₂相和Ti₅Si₃,TiSi₂金属间化合物.理论分析结果表明,在TIG熔敷条件下,通过改变不同的原材料初始组成,可以采用热力学分析方法预测熔覆层的物相组成.试验结果表明,预测结果与试验结果符合得很好.     

激光3D打印方法制备Nb/SiC体系梯度材料的微观组织及反应机理

采用激光3D打印的方法制备了Nb/SiC体系梯度材料,获得了从纯金属铌逐渐过渡到40%Nb+60%SiC(体积分数)复合层的梯度材料. 通过扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)和X射线衍射仪(XRD)分析了梯度复合层的微观组织. 结果表明,层与层之间结合良好,激光熔敷过程中铌和SiC之间发生了反应,生成了Nb₅Si₃,Nb₂C,NbC和NbSi₂等二元化合物,并且随着SiC含量的逐渐增加,梯度材料内部产物呈现如下变化趋势:Nb+Nb₅Si₃+Nb₂C+NbC→Nb₅Si₃+NbSi₂+SiC+NbC→NbSi₂+SiC+NbC. 当SiC含量达到30%时,梯度复合层中残留金属铌消失,且开始出现残余的SiC颗粒,随着原始SiC比例的增加,复合层中不仅残余SiC的含量增加,而且粒度也逐渐增大.     

Au-Ag-Al系相图的热力学优化和计算

使用计算相图方法(CALPHAD)计算Au-Ag-Al的三元相图时,三个边际二元相图(Au-Al,Au-Ag,Ag-Al)的准确性对三元相图的计算有很大的影响,目前Au-Al边际二元相图存在着一定的矛盾。在综合评估Au-Al体系实验数据的基础上,优化和计算了Au-Al合金体系的平衡相图,使用置换式溶体溶液模型描述Au-Al体系中液相、Bcc和Fcc相的吉布斯自由能,分别用亚点阵模型(Al)(Au)4、(Al)3(Au)8、(Al)(Au)2、(Al)(Au)和(Al,Au)2(Al,Au)描述AlAu4、Al3Au8、AlAu2、AlAu和Al2Au相,通过Pandat软件优化得到一组各相的热力学参数,计算得到的Au-Al相图与实验数据和热力学数据相吻合。结合Au-Ag和Ag-Al的热力学参数,计算了Au-Ag-Al液相面投影图和等温截面图,液相面投影图显示该三元系存在8个四相平衡反应,对Au-Ag-Al合金的研究具有指导意义。     

Si-Al固溶对Ti3AlC2陶瓷300℃干摩擦行为的影响

利用元素粉体热压烧结工艺制备了具有不同Si固溶含量的系列Ti₃Al_1-xSi_xC₂(x=0.2、0.4、0.6)陶瓷材料，采用X射线衍射技术及Rietveld结构精修对所得产物的结构及相组成进行了分析，利用共聚焦显微镜、扫描电子显微镜研究了产物的表面形貌和晶粒结构，使用球-盘型摩擦实验机评估了材料的干摩擦行为。结果表明，Si的引入极大细化了Ti₃Al_1-xSi_xC₂陶瓷的晶粒，并降低其相纯度。随着Si加入量的增加，大量Ti₅Si₃和Ti C杂相出现，Ti₃Al_1-xSi_xC₂陶瓷的硬度逐步提升。而当Si加入量为0.4时，所得Ti₃Al_0.6Si_0.4C₂陶瓷表现出了最低的摩擦系数(COF)，为0....     

基于第一性原理的D8m-Mo5Si3成键特征与点缺陷行为

运用第一性原理平面波赝势方法,对D8_m-Mo₅Si₃化合物的空位与反位缺陷的形成能、点缺陷浓度及其电子结构进行计算,研究D₈m-Mo₅Si₃的成键行为,并分析了其点缺陷结构的稳定性。结果表明:D₈m-Mo₅Si₃的晶格常数a=9.6808?,c=4.9033?,体模量B₀=247.08GPa。Mo₅Si₃的成键电荷密度呈现出纺锤状特征,表明了Mo 4d态和Si 3p态之间的局部杂化效应。由形成能的计算结果可知,在富Mo合金中Mo_Si1缺陷最稳定,在富Si合金中Si_Mo2缺陷最稳定。究其原因是因为在Mo_Si1和Si_Mo2这两种缺陷中Si和Mo原子之间的电荷积累效应得到增强,相互作用增大。结合Wagner-Schottky模型,研究了在2173...     

ZrO2−CaO−TiO2体系的热力学模拟

ZrO2?CaO?TiO2体系相图对光催化材料和耐火材料的发展至关重要.采用CALPHAD方法研究ZrO2?CaO?TiO2体系.亚正规溶体模型用于描述液相和固溶相,亚点阵模型用于描述三元化合物.然后,结合文献实验结果,利用最小二乘法得到热力学参数.应用本研究优化的热力学参数,计算1473和1673 K下ZrO2?Ca...     

高性能铜合金热力学数据库的开发及其在材料设计中的应用

利用相图计算(CALPHAD)方法,采用亚规则溶体模型描述溶体相的吉布斯自由能,采用亚点阵模型描述金属间化合物和有序相的吉布斯自由能,并结合相平衡和热力学性质的实验数据,优化与计算Cu-X二元系以及Cu-Fe、Cu-Ni、Cu-Cr、Cu-Co、Cu-Mo和Cu-W基各三元系的相图,获得自洽性良好的热力学参数,并建立铜合金热力学数据库。该数据库可以提供稳定和亚稳的相图计算、相分数计算、液相面计算、热力学性质的计算等多种信息,为外推计算铜基多元合金系的相平衡提供理论基础,并为高性能铜合金材料的设计及制备提供重要的理论指导。     

Li-Si-Zr三元相图的实验研究与热力学优化

采用平衡合金法,利用扫描电镜和X射线衍射等方法对Li-Si-Zr三元系的470K等温截面的相关系进行了实验测量。结果表明:该等温截面中存在(Si)+Zr Si2+Zr LiS i三相区;采用CALPHAD方法对Li-Si-Zr三元系进行了热力学优化。首先优化计算了Li-Zr二元系,其中熔体相(Liquid、BCC、FCC和HCP)采用替换溶液模型,过剩自由能用Redlich-Kister多项式展开;然后,结合文献中已有的Li-Si和Si-Zr体系的热力学参数,对Li-Si-Zr三元系进行了热力学优化。计算结果与实验数据符合得较好,获得了一套较为合理的热力学参数。     

Mo-RE二元合金相图的热力学数据库

利用CALPHAD方法,选择和建立合理的热力学模型,并结合相平衡及热力学性质的相关实验信息,对Mo-RE (RE: Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Ho, Er, Tm, Yb, Lu)各二元系相图进行了热力学优化与计算。其中,液相和端际固溶体相的Gibbs自由能采用亚正规溶体模型描述,气相的Gibbs自由能采用理想气体模型描述。计算结果与实验数据取得了良好的一致性,最终得到了一组自洽的合理描述Mo-RE二元系各相自由能的热力学参数,建立了Mo-RE (RE: Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Ho, Er, Tm, Yb, Lu)二元合金相图的热力学数据库。该热力学数据库可以提供相平衡及热力学性质等多种信息,为外推计算三元以及更多组元体系的相平衡提供理论基础,并为相关体系的合金设计及制备提供重要的理论指导。     

TIG熔敷Ti-Si-C系统在Ti-5Al-2.5Sn表面形成陶瓷涂层的化学反应分析

采用TIG热源在钛合金表面堆焊Ti-SiC和Ti-SiC-C两种体系的粉末,形成表面陶瓷涂层.利用SEM和XRD等分析手段对两种配方陶瓷涂层的微观组织和物相进行了分析,用热力学方法计算了两种系统中各种可能发生的化学反应的Gibbs自由能变化.结果表明,Ti-SiC系统熔敷层的微观组织主要由树枝状的TiC、针棒状和菊花状的Ti₅Si₃相组成,其反应机理为:8Ti+3SiC→3TiC+Ti₅Si₃.Ti-SiC-C系统熔敷层的微观组织除了树枝状的TiC相之外,还有TiSi₂和Ti₃SiC₂,其反应机理为:6Ti+3SiC+C→Ti₃SiC₂+TiSi₂+2TiC.通过对两种系统的微观组织及化学反应分析可得出,在Ti-SiC系统中适当的添加石墨,可生成具有自润滑性能的Ti₃SiC₂相,避免Ti₅Si₃脆性相的生成.     

L12型纳米颗粒增强以Al-Ca-Ni-La体系为基体的铝基复合材料(英文)

结合Thermo-Calc热模拟程序计算和实验(电子显微镜、微探针分析和X射线衍射)研究四元系Al-(2⁴)Ca-Ni-La(质量分数,%)合金在铝角附近的结构。根据得到的相平衡数据,提出Al-Ca-Ni-La体系液相面和固相相场分布的实验投影。显微组织研究表明,含2%⁴%Ca、2%⁴%Ni和1%³%La(质量分数)的合金具有超细的亚共晶组织,共晶金属间化合物的体积分数为30%,因此,可以将这些合金归类为天然Al基复合材料。超细共晶结构产生显著的强化作用,其机制可以很好地用修订的Orowan循环模型描述。在350⁴00°C退火过程中,由于L1₂型相(Al3(Zr,Sc))纳米颗粒的形成,添加少量的Zr和Sc(分别为0.2%和0.1%,质量分数)具有显著的强化作用(提高约25%)。由于共晶金属间化合物的体积分数高,该新合金具有低的热膨胀系数、高的结构热稳定性和力学性能。     

Al-Zn-Cu系中的T''化合物与低Cu侧室温相关系

按热力学计算得到的Al5Cu4Zn的化学计量比成分，可以获得由温至400℃均为稳态单相的三元化合物T‘相合金。利用扫描电镜，电子探针和X射线衍射实验确定了Al-Zn-Cu系在室温下存在稳态Al Zn T‘三相区，而不存在稳态的Al Zn CuZn4三相区。明确了CuZn4是一种亚稳化合物，最终将转变为T‘相。确定了Al-Zn-Cu系室温下存在稳态的T‘ CuZn4两相区。