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。     

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。     

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。     

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。     

La-Mg-Ni体系富镁角的热力学优化与计算

运用CALPHAD方法系统地对La-Mg-Ni三元体系富镁角进行热力学优化与计算。选取置换溶液模型描述液相,三亚点阵模型描述La2Mg17-xNix,定化学计量比化合物模型描述LaMg2Ni,最终获得一组具有良好自恰性的热力学模型与参数。通过相图软件Pandat计算获得该区域的液相投影面图、673和773 K下的等温截面相图以及平衡反应等,且计算得到的相图和热力学数据与试验数据较好地吻合。     

Mg-Zn-Si体系的相平衡计算及应用

利用Calphad方法重新评估了Mg-Si二元系的液相,并结合Mg-Zn和Zn-Si二元系热力学数据,外推得到Mg-Zn-Si三元系热力学参数;同时根据Mg2Si-MgZn2伪二元相图实验数据评估了Mg-Zn-Si系的液相三元相交互作用参数,计算相图与实验数据较一致。利用Scheil凝固模型模拟了Mg-2.33Zn-0.9Si(at%)合金的凝固过程,预测了镁合金在铸造冷却过程中的相演变信息,模拟计算结果与实验结果吻合较好     

热力学优化Bi-Ni二元系

基于文献报导的实验数据,采用相图计算（CALPHAD）方法,热力学优化了Bi-Ni二元系相图。该二元系的液相、fcc_A1（Ni）相和rhombohedral_A7（Bi）相用替换溶液模型来描述,其过剩吉布斯自由能用Redlich-Kister多项式来表达。考虑到晶体结构（NiAs型）以及与多组元体系热力学数据库的兼容性,中间化合物BiNi相采用亚点阵模型：（Bi）（Ni,Va）（Ni,Va）;Bi3Ni相处理为化学计量比化合物。最后,通过优化该二元系实测的相图和热力学数据,获得一组能够表达各相吉布斯自由能的自洽的热力学参数。根据这些热力学参数计算的相图和热力学数据与报导的实验数据吻合良好。     

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。     

Ni-Yb二元系的热力学评估（英文）

基于文献报道的相平衡和热化学实验数据,利用相图计算(Calphad)方法对Ni-Yb二元系进行热力学评估。考虑到液相混合焓在25%Yb(摩尔分数)附近有急剧变化,液相采用缔合物模型,组份为Ni、Yb Ni3和Yb;端际固溶体相包括FCC_A1(Ni)、FCC_A1(Yb)和BCC_A2(Yb),均采用亚规则溶体模型,并按照Redlich-Kister多项式进行描述;中间化合物Yb_2Ni_(17)、YbNi_5、YbNi_3、YbNi_2、α-YbNi和β-YbNi都没有明显的固溶度实验数据,均按严格计量比处理。优化得到的Ni-Yb二元系热力学参数自洽合理,能够很好地再现该体系的热化学性质和相图数据。     

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。     

梯度硬质合金梯度层形成的计算机模拟及验证

建立了多组元梯度硬质合金W-C-Co-Ti-Ta-Nb-N体系的热力学和扩散动力学数据库,采用Thermo-Calc相图热力学计算软件描述了梯度烧结过程中出现的各相及其成分,并采用DICTRA扩散动力学软件对WC-Ti(C,N)-Co,WC-Ti(C,N)-TaC-Co和WC-Ti(C,N)-NbC-Co合金梯度层的各相体积分数及各组元成分随距离的分布进行了计算机模拟,模拟结果与实验结果吻合良好.在热力学和扩散动力学数据库基础上制备了WC-(Ti,W)C-Ti(C,N)-(Ta,Nb)C-Co合金,采用SEM观察梯度层的显微结构,利用EDS分析合金组元分布,并对合金梯度层的形成进行了计算模拟,模拟结果与实验结果吻合良好.     

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。     

Au-Pt二元合金的热力学评估(英文)

基于最近实验测得的Au-Pt二元体系相平衡数据,利用Calphad方法重新评估Au-Pt二元体系的热力学参数。采用亚正规溶体模型Redlich-Kister等式描述液相和面心立方相的Gibbs自由能。考虑热力学第三定律的限定,以再现相平衡数据和固相热力学性质,包括活度和混合焓,优化Au-Pt二元系统热力学参数。优化结果表明:Au-Pt合金系统的溶解度间隙边界向富Au侧偏移,其顶点位置在1200°C,Au-56%Pt。     

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。     

Mg-Pr二元体系热力学优化（3）

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-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。     

Mg—Pr二元体系热力学优化（1）

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-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，包括溶体相和金属问化合物的Gibbs自由能，为相关材料的设计和工艺制定服务。     

高能球磨制备Fe-Cu纳米晶过饱和固溶体

对Fe-20at%Cu合金粉末进行了高能球磨,并利用XRD对Fe-Cu二元合金粉末在球磨过程中的物相变化进行了分析。结果表明,球磨30 h后形成了Fe(Cu)纳米晶过饱和固溶体。热力学计算分析指出,Fe-Cu二元系不具有形成过饱和固溶体的热力学驱动力。高能球磨在Fe-Cu二元互不溶体系中扩展固溶度的驱动力是动力学驱动。在随后的退火过程中,纳米晶过饱和固溶体发生分解。     

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。     

Al-Zn-Fe三元系相平衡优化及实验验证

结合最新报道的Al-Zn-Fe三元系热力学数据,利用CALPHAD技术,对Al-Zn-Fe三元系的热力学模型参数进行优化;并制备Al96.75Zn3.25/Fe(at%)扩散偶,将其在300 ℃下退火52.5天后取出水淬,利用EPMA对扩散层中存在的相进行检测.研究结果表明,优化后的Al-Zn-Fe三元数据计算所得各二元系相图、三元等温截面相图及热力学数据与实验值相符,该模型及参数可作为向高元体系外推的基础.     

Ni-Re与Co-Re二元体系的热力学研究及相图

运用CALPHAD方法和Thermo-Calc软件,对Ni-Re和Co-Re二元系的热力学参数进行了重新评估,得到了与试验数据及第一性原理计算结果吻合较好的热力学数据。根据得到的热力学数据,对Ni-Re和Co-Re相图进行了重新优化,建立了更为合理的二元系相图。计算所得一系列热力学参数,可作为外推建立Ni-Co-Re等高元体系数据库的基础。