AuCu3-亚格子系统的合金基因Gibbs能配分函数和平衡全息网络相图（英文）

以AuCu3-亚格子系统为例,介绍3项发现:第一,迄今阻碍金属材料科学进步的第三大障碍是研究者们习惯用平衡均匀转变的思维方式认识温度极其缓慢变化的合金相变实验现象,然后以实验现象的错误认识为选择信息,建立Gibbs能函数和所谓的"平衡相图";第二,AuCu3-型亚格子系统的平衡全息网络相图可用来描述与成分和温度有关的合金基因排列结构和各种热力学性质的系统相关性;第三,每个合金的平衡转变都是均匀的单相转变,不是非均匀的双相转变,存在一条没有有序相和无序相共存区的单相相界线,相界线顶点成分和温度远偏离AuCu3化合物临界点的计量成分和温度。     

合金基因、全息网络相图和全息合金定位设计与研发系统

以系统科学哲学为指导,以Au-Cu合金系为实例,介绍了以下内容:合金基因、合金基因全息信息传输的Gibbs能函数以及AuCuI(Cu4Au8AA)化合物无序化的平衡和亚平衡传输方式,Au3Cu、AuCu和AuCu3亚格子系统的平衡全息网络相图(HNP);描述组元—成分—结构—性能—温度之间的关系;预测设计合金信息的蓝图:Au-Cu合金系的平衡和亚平衡HNP图。实现"网络化、信息化和智能化设计与研发先进合金"的路径规程是"基本组元合金系统—合金基因序列—亚格子合金系统的平衡HNP图—合金系的平衡和亚平衡HNP图—合金基因工程—合金系统全息知识与数据库"。实施此路径规程的基地称之为"全息合金定位设计与研发系统(HAPDS)"。     

Au_3Cu-亚格子系统的合金基因Gibbs能配分函数和平衡全息网络相图(英文)

以Au3Cu-亚格子系统为例,介绍了3项发现:第一,至今阻碍金属材料科学进步的第四大障碍是研究者们尚未认识到一个真正的合金相Gibbs能函数应由合金基因序列和它们自己的Gibbs能级序列构建的Gibbs能配分函数导出。第二,建立合金基因Gibbs能配分函数的六条规则,特别证明了计算合金组态熵的简并因子中结构单元占居Gibbs能级的概率应按照组元占居格点的概率方式简并;第三,以前研究者从未预料到的主要特征:具有一条没有有序相和无序相共存区的单相相界线;相界线顶点成分和温度远偏离Au3Cu化合物临界点的成分和温度;在0 K时,Gibbs能随成分变化曲线上的最低点成分远偏离Au3Cu化合物的成分;Au3Cu-型长程有序合金的理论极限成分范围由第一跳变有序度决定。     

Au3Cu-亚格子系统的合金基因Gibbs能配分函数和平衡全息网络相图（英文）

以Au3Cu-亚格子系统为例,介绍了3项发现:第一,至今阻碍金属材料科学进步的第四大障碍是研究者们尚未认识到一个真正的合金相Gibbs能函数应由合金基因序列和它们自己的Gibbs能级序列构建的Gibbs能配分函数导出。第二,建立合金基因Gibbs能配分函数的六条规则,特别证明了计算合金组态熵的简并因子中结构单元占居Gibbs能级的概率应按照组元占居格点的概率方式简并;第三,以前研究者从未预料到的主要特征:具有一条没有有序相和无序相共存区的单相相界线;相界线顶点成分和温度远偏离Au3Cu化合物临界点的成分和温度;在0 K时,Gibbs能随成分变化曲线上的最低点成分远偏离Au3Cu化合物的成分;Au3Cu-型长程有序合金的理论极限成分范围由第一跳变有序度决定。     

Al-Y包晶合金非平衡凝固过程及组织特征

包晶凝固过程中小平面-小平面两相复相生长方式是凝固领域研究的一个热点。以初生相和包晶相都是严格计量比金属间化合物的Al-Y包晶合金作为研究对象,利用DSC热分析技术,严格控制冷却速度,获得不同凝固条件的非平衡凝固试样,研究了两相为小平面相的Al-Y包晶合金的凝固行为。发现小平面-小平面包晶系合金包晶凝固过程中,非平衡凝固特性及宏观偏析特点比非小平面包晶系更加明显。凝固特征温度与平衡相图偏差明显,包晶反应温度和包晶相直接凝固温度都远高于平衡相图给定的值,相对于相图是在“过热”条件下发生的,而固溶体型包晶合金一般是在“过冷”条件下发生的。包晶转变过程非常微弱,致使初生相残留量远高于平衡相图。即使对于过包晶成分的合金,其凝固组织中仍存在大量的共晶凝固组织,最终得到的凝固组织与平衡相图存在显著差异。     

基于热力学计算设计WC-10%Co-Cr3C2-VC超细硬质合金烧结温度

集成热力学计算和关键实验研究烧结温度对WC-10%Co-Cr₃C₂-VC超细硬质合金结构和性能的影响,基于平衡相图及固态黏结相完全消失温度设计合金成分和烧结工艺。结果表明：采用相图计算设计碳含量及烧结温度,合金微观结构中未出现有害相并且合金致密度都在99%以上,说明基于多组元硬质合金热力学数据库进行相图计算设计合金是可靠的;其次,同种合金成分下,烧结温度高于固态黏结相完全消失温度60℃时,合金的力学性能及可靠性最优,说明合理的调整烧结温度可减少合金中微型缺陷。     

全息合金定位设计系统和Au-Cu系的全息网格相图（英文）

以Au-Cu系为例,介绍3项发现和2个方法。第一,建立全息合金定位设计系统是推动系统金属材料科学和合金基因工程持续发展的新路径。它的基地由材料测试和计算中心、系统金属材料科学中心、合金基因工程中心、全息合金定位设计系统信息中心和控制中心组成。第二,原子移动的共振激活和同步交换机制具有2种形式:局域式和定向扩散式。第三,平衡和亚平衡全息网格相图是研究者发现、设计、生产和应用先进合金的蓝图和可操作平台,它们分别由合金相的等温Gibbs能线的平衡杠杆线数值法和亚平衡交点数值法获得。点击每一格点便可获得设计合金的3个结构层次信息:组织的相的组成和分数,相的排列结构和性质;合金相的成分,合金基因排列结构和性质;合金基因的电子结构和性质。它将开创一个网络设计先进合金的新时代。     

14K彩色金合金的时效机理研究

研究了14K彩色金合金在时效过程中微观组织和结构的变化.在700 ℃×2h固溶处理后得到面心立方单相组织α0相,400℃不同时间时效使α0相发生分解.随时效时间及合金成分的不同,α0相发生分解的方式也不同,在2h时效时,借助淬火产生的大量空位,Cu原子发生迁移,最终生成具有调幅组织的α'0相,随着时效时间的延长,α’0相逐渐转变为AuCuⅠ有序相,出现时效硬化效果,最终随着合金中Cu含量的增加,α'0相完全转变为AuCu Ⅰ有序相.     

Fe-Sn偏晶合金的深过冷快速凝固组织

采用3m落管实验装置研究了Fe—Sn偏晶合金深过冷快速凝固组织。结果显示在大的过冷度下，亚偏晶合金，偏晶合金和过偏晶Fe—Sn合金均获得了组织均匀的两相共生组织，表明在过冷条件下偏晶相图具有与共晶相图相似的偏晶共生区。在过偏晶合金中，富Sn液相优先聚集生长，具有调幅分解生长特征；而在亚偏晶合金中，领先形成相为Fe的固溶体，它以形核长大的方式进行。在Fe—26．2％Sn亚偏晶合金中，首次获得了绝对稳定平界面生长单相组织，实际的溶质分配系数kv→l，经计算，获得绝对稳定平界面生长的临界过冷度为588K，ΔT＝0．4TL，对应的生长速度为38．3m／s。     

Mg-Gd-Y合金富镁区的平衡相和非平衡相

应用相图计算和试验研究了Mg-Gd-Y合金富镁区平衡与非平衡相的差异,以及不同Gd含量对合金的平衡相图和非平衡相组成的影响。结果表明,Mg-Gd-Y合金富镁区的室温平衡相组成为α(Mg)+Mg5Gd+Mg24Y5。Y元素的加入降低了Gd在α(Mg)固溶体中的溶解度,降低合金的共晶反应温度,扩大结晶温度间隔。在普通金属型铸造下,合金的显微组织中还发现块状化合物Mg5(Gd0.4Y0.6)和少量非平衡凝固相Mg3(Gd0.5Y0.5),且随着Gd含量的增加,合金的第二相形状由片状逐渐转变为半连续的不规则网状。     

二元合金过冷液态的形核驱动力和非晶形成能力的热力学分析

利用CALPHAD(calculation of phase diagrams)技术和已有热力学数据,通过对比分析亚稳过冷液态合金中各结晶相的形核驱动力大小,寻找结晶能力弱而非晶形成能力强的成分范围.选择典型的非晶形成体系,以平衡相图中共晶深度明显不同的3个二元合金体系Cu-Zr,Ni-Nb和Pd-Si为研究对象,预测各体系非晶形成能力与成分的关系,获得非晶形成最优成分,并与共晶点成分及实验数据进行对比.预测结果与实验确定的块体非晶最优成分相符.     

以无序合金的实验数据为基础的Au3Cu,AuCu3,AuCuⅠ和AuCuⅡ的特征原子占据图

根据无序Au1-xCux合金的实验生成热和晶格常数得到只考虑近邻原子组态的特征原子的势能、体积和电子结构,计算L12-Au3Cu,L12-AuCu3和L10-AuCu化合物的特征原子占据(CAO)图、电子结构、能量和体积性质.Johasson-Linde(J-L)模型的CAO图表明,AuCuⅠ-AuCuⅡ转变是一个放热且体积缩小的反应,但正好与实验现象相反.根据Guymont-Feutelais-Legendre(G-F-L)模型的CAO图,AuCuⅡ晶胞由两个周期反相(PAD)的AuCuⅠ区域和两个PAD边界区域组成;从G-F-L模型的CAO图得出的公式可用来计算PAD AuCuⅠ区域和PAD边界区域的能量性质、体积性质和有序度及AuCuⅡ相的平均性质,计算结果与实验现象相吻合.     

均匀化处理对6063铝合金微观组织结构的影响

采用金相显微镜、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和能谱分析技术,研究了均匀化温度和时间对6063合金显微组织的影响。结果表明:铸态合金由过饱和α-Al固溶体和非平衡共晶相组成;铸态合金进行均匀化处理,随温度的升高和保温时间的延长,非平衡共晶组织逐渐消失,合金枝晶偏析逐渐消除;在495℃保温6h,过饱和基体析出Mg2Si相,温度升高到555℃,Mg2Si相完全回溶,针状β-Al9Fe2Si2完全转变为颗粒状α-Al12Fe3Si,同时基体中析出亚微米级AlFeSi和AlFeCrSi相。555℃保温6h退火处理是6063合金铸锭较适宜的均匀化处理工艺。     

Ti2AlNb基合金热处理中的相结构与相变预测

运用相图计算技术,预测了名义成分为Ti-22aAl-27Nb的Ti2AINb基合金在热处理过程中的相结构与相转变,得到了该合金的相转变温度、相比例和各相的成分等重要信息,将材料热力学中的亚晶格模型和第一性原理总能计算相结合,对Ti2AlNb基合金中的主要组成相-O相(有序正交相)中的合金元素在各个亚晶格上的占位分数和有序化行为进行了深入研究,表明O相的有序.无序转变属于具有连续变化特征的二级相变,预测结果与现有实验结果相当吻合.     

Study of Microsegregation In Al--Cu—Zn Ternary Alloys by Experiment and Scheil Model

应用相图计算耦合Scheil模型、简单Scheil方程和实验比较研究了Al-Cu-Zn合金单相凝固过程的凝固路径和微观偏析，相图计算耦合Scheil模型的计算结果显示，Al-Cu-Zn合金单相凝固结束点的溶质含量与凝固初始点的成分同步变化，溶质含量和溶质分凝系数随凝固过程的进行不断增加；在热力学计算出合金分凝系数的基础上，简单Scheil方程可以计算初生相含量，从不同溶质得到的计算结果是自洽的，并与相图计算耦合Scheil模型的预测值一致；实验测定了不同成分铝合金的共晶含量和枝晶间距，实验数据与模型结果基本一致。     

过共晶Cu-Cr合金定向凝固组织中α相的形成机制研究

考察了Cu-1.7%Cr过共晶合金的定向凝固组织,对过共晶组织中出现亚共晶合金的初生α相的生长进行了探讨.研究表明:Cu-1.7%Cr过共晶合金定向凝固组织由初生β相、α相和(α-β)共晶组成;α相和(α+β)共晶的成分较大偏离平衡相图中的各相成分;初生β相分布在α相基体上.Cu-1.7%Cr凝固组织中α相的形成是非平衡凝固过程中枝晶α相和共晶相之间竞争生长的结果.α相是一种非平衡凝固组织,(α+β)共晶是偏离了平衡共晶成分的伪共晶组织.随着冷却速率的增加,α相的形貌尺寸减小,而数量有所增加.     

应力对Al-Zn-Cu系平衡相的影响

采用99.999%分析纯的Al、Zn、Cu作原料,在外热式坩埚炉中熔制了5Cu40Zn55Al、15Cu20Zn65Al和3Cu17Zn80Al共3种合金,将其经过成分均匀化处理后,对包含亚稳相的3种合金分别进行球磨和手工锤击实验,采用X射线衍射仪分析合金平衡相组合.结果表明:合金通过球磨能得到窒温平衡相,而通过手工捶击则得不到室温平衡相;能否通过应力诱发相变快速获得室温合金平衡相组织与合金应力作用产生的变形机制有关;球磨能使合金内部发生大量变形,为合金向平衡相转变提供驱动力和原子扩散通道;而手工锤击主要是使合金发生以解理为主的脆性断裂,这种变形不能为亚稳相的转变提供必要的驱动力和原子扩散通道,从而得不到合金室温下的平衡相组成.     

Ag-Pd-Ru三元系相图的700℃等温截面

采用X射线衍射、电子探针和金相显微镜等方法研究了Ag Pd Ru三元系相图的 70 0℃等温截面。发现在该截面上沿着Ag Pd侧有一单相区 (Ag或Pd) ,这个单相区在富Pd区域较宽 ;在该截面的富Ru侧也存在一较小的单相区 (Ru) ;在这两个单相区之间是一个宽阔的二相区 (Ag Ru)。此外 ,在Ag Pd Ru三元系富Ag Ru侧的部分成分区域 ,由于合金在液态出现分层现象 ,凝固后难于获得均匀合金 ,致使该区域内的相区边界未能测定。     

AuCuI（A8AuA4Cu）化合物无序化路径跟踪的原子移动新机制

以由AAu8和ACu4干基因组成的AuCuI（AAu Cu8 A4）化合物的无序化实验路径为例,介绍了3个发现和1个方法。发现AuCuI（AAuCu8A4）化合物抗拒温度变化保持结构稳定性的能力归因于AAu8和ACu4基因的势阱深度远超过其振动能,这导致其无序化实验路径是亚平衡的;发现AuCuI（AAu Cu8 A4）适应温度变化改变结构的原子移动新机制是合金基因的＂共振激活-同步交换＂机制,这导致无序化是非均匀性和递次性的亚平衡转变;发现无序化过程中存在跳变有序度,导致存在跳变温度和升温速度增加跳变温度降低的＂逆反效应＂,即所谓的＂Retro效应＂。采用实验混合焓路径法,建立了一整套亚平衡全息网络路径图。     

Gd-Sn-Te体系稀磁半导体合金的合成

介绍了用合成法制备稀磁半导体Gd—Sn—Te体系合金试样的工艺,利用金相显微镜和X射线衍射仪分析了试样的成分和组织。结果表明,该方法制备的试样成分和组织均匀,达到了平衡,克服了合金成分偏离,满足相图和相结构研究的试验要求。