Pt-Al-Cr体系的相图集成建模与计算

Pt基高温合金是一类力学性能和抗氧化性优异的高温合金，开发相关的热力学数据库是进行该类合金设计的必要前提。本文系统整理和评估了Pt-Al-Cr体系热力学数据、相图的实验数据和第一性原理计算数据，计算了Pt-Al、Pt-Cr和Al-Cr的混合焓和形成焓等热力学性质，计算得到的相图和热力学性质与实验数据和第一性原理计算数据吻合较好。在此基础上，结合相图计算方法(CALPHAD)通过热力学外推优化建立Pt-Al-Cr三元体系的成分-温度相图模型。使用该模型计算Pt-Al-Cr体系液相面投影图和873.15、1 073.15、1 273.15 K的等温截面图，热力学计算结果与实验数据吻合较好。     

基于三元相图预测高Mo强化镍基单晶高温合金中拓扑密排相的类型

采用热力学计算获得的三元相图，预测了高Mo强化镍基单晶高温合金中拓扑密排相(TCP相)的类型。结果表明，高Mo强化单晶高温合金中TCP相的析出行为可以采用Ni-Mo-Re、Co-Mo-Re、Ni-Cr-Mo、Co-Cr-Mo、Ni-Cr-Re和Co-Cr-Re三元体系来描述。同时，上述三元体系中可形成NiMo相、P相、σ相、μ相和R相5种TCP相。Ni-Mo-Al-Ta体系中只形成NiMo相，Re和Cr的添加均促进了P相和σ相的形成，而Co的添加促进了μ相的形成。     

镍基铸造高温合金中合金元素的偏析规律

研究了用Ni-x二元相图来判断镍基铸造高温合金中合金元素x处于正偏析、负偏析或者基本不偏析状态以及偏析严重程度的可能性,并用实验验证了正确性。     

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。     

基于神经网络的镍基高温合金流变行为分析

研究了镍基高温合金GH4169的高温流变行为,并建立了神经网络预测模型。结果表明,基于神经网络的镍基高温合金流动应力计算结果与实验测量值吻合较好,说明该模型的准确性较高。     

Ir-Pt二元相图的优化计算

利用Pandat相平衡热力学计算软件优化和计算了Ir-Pt二元相图。采用SGTE(Science Group Thermodata Europe)数据库中的表达式描述纯组元(Ir和Pt)的Gibbs自由能,采用固溶体相热力学模型描述Ir-Pt二元体系中的液相和固溶体相。利用Pandat中的PanOptimizer优化平台,并结合最新的相关数据,对Ir-Pt二元体系中各相的参数进行了优化,优化得到了Ir-Pt二元体系中各相的热力学参数。利用优化的热力学参数对Ir-Pt二元合金相图进行了计算,计算得到的相图表明调幅分解的临界点为995℃、50%Ir(摩尔分数)左右,与SGTE贵金属合金数据库所提出的Ir-Pt二元体系在相图和热力学数据上都较为吻合。     

基于Pandat软件的相图计算及其方法概述

基于Pandat相图计算软件,对相图计算流程进行总结。利用Pandat软件,并遵守相图计算流程,对Pd-Au二元相图进行计算。利用Pandat中的PanOptimizer优化平台,并结合最新相关数据,对Ir-Pt二元体系中各相的参数进行优化,得到了Ir-Pt二元体系中各相的热力学参数。对Au-Pt-Zr三元合金相图进行计算,填补了该三元系研究的空白。     

Ce-La-O体系相图热力学及应用(英文)

采用实验测量和热力学计算相结合的方法,系统研究Ce-La-O体系相图热力学和Ce-La合金的氧化反应过程。制备一系列不同成分的CeO2-LaO1.5混合物并对其进行X-射线衍射分析,获得了LaO1.5与CeO2在1273K时的相互固溶度;利用该研究测量以及文献报道的实验数据,优化了CeO2-LaO1.5体系相图;结合已有的Ce-O和La-O体系热力学描述,计算了Ce-La-O体系状态图并解释了Ce-La合金的氧化反应过程,发现只要La含量不超过80%,Ce-La合金被氧化后均形成CeO2为基的固溶体。     

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。     

Nd-Fe-B-Dy四元系热力学数据库的建立及其合金设计

本研究利用CALPHAD方法,采用合理的热力学模型,热力学优化和计算了Nd-Dy、Dy-B二元系和Fe-B-Dy、Dy-Fe-Nd、B-Dy-Nd三元系的相图,并利用文献报道的其他子二元系和三元系的热力学参数,充分考虑了热力学模型的统一性和参数的兼容性,建立了Nd-Fe-B-Dy四元系合金的热力学数据库,并应用该数据库,预测了Nd-Fe-B-Dy四元合金Nd16-xDyxFe77B7 (x≤5 at.%)的纵截面相图;同时还分析了一系列不同Dy含量的永磁合金在平衡凝固下各相相分数随温度的变化情况。这些计算信息对掺镝NdFeB永磁合金的组织设计以及制备工艺参数的选择具有重要的指导意义。     

Al-Si-Fe三元系热力学计算与评估

利用Calphad技术和应用Pandat相图计算软件,重新评估了Al-Si-Fe体系液相投影图,550、727、800℃等温截面,以及不同成分合金在1 477℃时的液相混合焓。结果表明,计算所得相图及液相混合焓与实验数据相符,该工作建立的热力学模型及参数可作为外推建立Al-Zn-Si-Fe等高元体系数据库的基础,并对相关体系的材料设计工作具有重要的指导意义。     

耦合热力学计算研究多元合金的凝固界面稳定性

耦合热力学计算技术,获得了在实际相图条件下多元合金凝固界面的稳定性判据.以Al-0.34%Si-0.14% Mg合金为例,讨论了耦合热力学计算技术和采用二元系参数在对固液界面稳定性判断上的差别.发现在该合金中耦合热力学计算技术所获得的失稳区域要大于采用二元系参数的计算结果.通过和实验结果的对比发现,耦合热力学计算技术获得的实际相图条件下的固液相平衡和相图特性,能使对界面稳定性的判断更好的吻合于实验结果.     

Mg-Nd-Zr三元系相平衡研究

制备了Nd-Zr扩散偶和二元合金,通过EDS和差示扫描量热法分别测定了Nd-Zr相图端际固溶体的固溶度和平衡反应温度,利用CALPHAD方法建立了Nd-Zr二元系热力学数据库。重新优化了Mg-Nd二元系,评估并重现了Mg-Zr二元系。通过外推获得了Mg-Nd-Zr三元系的热力学数据库,以此为基础计算了该三元系在400℃下的等温截面相图,并制备了关键平衡合金对计算相图进行了验证。结果表明:Mg-Nd-Zr三元系的400℃等温截面相图主要由(Mg)-Mg41Nd5-(Zr),Mg3Nd-Mg41Nd5-(Zr),Mg3Nd-Mg Nd-(Zr),Mg Nd-(Nd)-(Zr)四个三相区组成。     

Mg-Sc合金组元活度及其相互作用系数计算

组元活度的获得是合金热力学性质研究的一个重要方面。由于高温实验的复杂性和精确度的不确定性,通过实验直接测定合金组元的活度受到了很大限制。运用合金的热力学性质,通过计算得到合金组元的活度是近年来合金热力学研究的一个热点。在各种预测合金热力学性质的模型中,Miedema模型是近年来发展得较为完善和准确的模型。本文则根据Miedema合金生成焓模型,计算了Mg-Sc合金液态和固态时的生成焓。结合相关的热力学关系式,计算了该合金中Sc的活度曲线,并拟合计算了该合金的相互作用系数,发现本文所采用的Miedema模型和正规溶体模型对于Mg-Sc合金是适用的。     

三元合金的高温理论氧化图Ⅰ.高氧压下的近似分析

通过对三元合金系高温氧化行为的分析,把Ｗａｇｎｅｒ关于形成不互溶氧化物的二元合金经典理论扩展到三元合金体系,忽略活泼组元内氧化,以热力学稳定相图为参考,建立了相应的动力学氧化图并分析了影响动力学氧化图的因素,为进上步研究三元合金高温氧化行为提供了重要的理论依据。     

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。     

新型低铼第三代镍基单晶高温合金的设计

对通过d电子理论以及电子空位数理论在现有第三代镍基单晶合金基础上进行成分设计,控制合金中Cr、Mo、Al、Re、Hf元素含量不变,通过增加合金中W含量以及添加元素Nb、Ti强化γ′相,微调合金中Ta/(W+Mo)比值和Al/Ti比值,并对合金中TCP相的析出以及合金相稳定性进行预测,来提高合金的高温性能,得到一系列的合金成分范围。利用热模拟软件JMat Pro,并结合相图分析,获得一系列低Re合金成分,通过对已有镍基单晶合金在平衡状态下热处理窗口、糊状区间、TCP相含量、熔点、密度等热力学参数进行模拟,并依据这些参数制定合金设计判据,得到新型低铼第三代镍基单晶合金的组成。     

借助差热分析研究镍基高温合金/陶瓷型壳界面反应

借助差热分析研究镍基高温合金/陶瓷型壳的界面反应,分别从热力学和动力学的角度分析出镍基高温合金叶片在生产过程中陶瓷型壳所需的最佳面层涂料是CoAl2O4.     

Co-Nb-W三元系相图的热力学计算

基于Co-Nb-W三元体系的相平衡和热力学的实验信息,采用Calphad方法修改了Co-W二元体系的部分相模型,以评估Co-Nb-W三元体系1273、1373、1473 K的等温截面相图。Co-Nb-W三元体系热力学评估过程中,αCo和BCC相采用溶体相模型; λ、χ、Co3Nb相采用双亚点阵模型;Co7W6、Co7Nb6相描述在同一四亚点阵模型 (Co, Nb)1(Co, Nb, W)2(Co, Nb, W)4(Co)6中。结果表明,计算所得相图较好的符合实验数据。     

Mg-Pr二元体系热力学优化（2）

相图热力学优化是材料设计理论和方法最重要的组成部分，是新材料的开发和应用的重要依据之一。相图计算即CALPHAD技术，主要是依据化学热力学原理和基本关系，计算热力学体系的平衡性质。一个物质体系的热力学特征函数确定以后，这个物质体系的全部热力学性质都可以计算出来，其中包括相图。镁合金是最轻的一种金属结构材料，广泛应用于航空航天、汽车、电子工业等许多领域。镁一镨合金作为镁合金的一种，也具有非常广阔的应用前景。本工作采用瑞典皇家工学院开发的相平衡计算软件Thermo-Calc系统，利用CALPHAD技术，通过选择或建立合理的热力学模型，将相图和热力学数据联系起来，对镁-镨二元合金体系相图和热力学数据进行热力学优化和评估，获得自洽的Mg-Pr体系的热力学描述即体系中所有物相，包括溶体相和金属间化合物的Gibbs自由能，为相关材料的设计和工艺制定服务。