多元Al合金擴(kuò)散系數(shù)研究及擴(kuò)散行為模擬.pdf

1、Al合金作為輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，具有良好的力學(xué)性能、耐腐蝕性、熱傳導(dǎo)性和鑄造性能，被廣泛應(yīng)用于微電子、汽車和航空等領(lǐng)域。在優(yōu)化Al合金成分以及在熱處理過程中了解溫度、時(shí)間和成分對材料性質(zhì)的影響時(shí)，相圖熱力學(xué)和擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。目前，文獻(xiàn)中已有各種多元合金熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫的報(bào)道，但還沒有相關(guān)擴(kuò)散數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)報(bào)道，對三元和多元合金尤其如此。一般來說，三元和多元合金的擴(kuò)散系數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)十分有限，而且不同來源的數(shù)據(jù)經(jīng)常不一致。研究表明:由各相

2、的原子移動(dòng)性參數(shù)和熱力學(xué)因子可以建立多元系的擴(kuò)散系數(shù)矩陣。原子移動(dòng)性參數(shù)可以通過優(yōu)化二元和三元系的實(shí)測擴(kuò)散系數(shù)獲得。
　　 本論文以多組元鋁合金中的Al-Cu-Mg-Mn-Ni-Zn體系為研究對象，力求建立部分重要合金子體系精準(zhǔn)的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)庫，主要研究內(nèi)容有:
　　 (1)收集并嚴(yán)格評估了文獻(xiàn)中關(guān)于Al-Mg，Cu-Mg和Al-Cu-Mg合金fcc相實(shí)測的各種擴(kuò)散系數(shù)。采用耦合第一性原理、半經(jīng)驗(yàn)公式和CALPHAD(

3、CALculation of PHAse Diagram)的方法得到了Mg在Cu的fcc相中的雜質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)。采用DICTRA(DIffusion ControlledTRAnsformation)軟件建立了Al，Cu，Mg在Al-Cu-Mg合金fcc相中精準(zhǔn)的原子移動(dòng)性參數(shù)，在此基礎(chǔ)上預(yù)測了一系列二元系和三元系的成分距離曲線和擴(kuò)散通道，并與實(shí)驗(yàn)測定值對比來驗(yàn)證本工作所獲得的原子移動(dòng)性參數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)的可靠性。
　　 (2)采用DI

4、CTRA軟件在嚴(yán)格評估了文獻(xiàn)中關(guān)于二元Cu-Mn，Ni-Mn，Cu-Ni，Mn-Zn體系和三元Cu-Mn-Ni，Cu-Mn-Zn，Ni-Mn-Zn體系fcc相實(shí)測的各種擴(kuò)散系數(shù)的基礎(chǔ)上，建立了Cu，Mn，Ni在Cu-Mn-Zn合金fcc相、Cu，Mn，Zn在Cu-Mn-Zn合金fcc相和Ni，Mn，Zn在Ni-Mn-Zn合金fcc相中的原子移動(dòng)性參數(shù)。利用所得參數(shù)計(jì)算了二元和三元體系的雜質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)、示蹤擴(kuò)散系數(shù)和互擴(kuò)散系數(shù)，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值

5、吻合得很好。利用原子移動(dòng)性參數(shù)還預(yù)測了一系列二元系和三元系的成分距離曲線、擴(kuò)散通量和擴(kuò)散通道，重點(diǎn)分析了合金中柯肯達(dá)爾效應(yīng)的原理，計(jì)算了柯肯達(dá)爾面遷移速率和遷移量。
　　 (3)收集并嚴(yán)格評估了文獻(xiàn)中關(guān)于四元Cu-Mn-Ni-Zn體系fcc相實(shí)測的互擴(kuò)散系數(shù)和各種擴(kuò)散行為信息。采用DICTRA軟件在精確的二元和三元體系原子移動(dòng)性參數(shù)的基礎(chǔ)上合理外推到Cu-Mn-Ni-Zn四元系。在此基礎(chǔ)上預(yù)測了一系列四元系擴(kuò)散偶的成分距離曲線和