Co-X(X-V,Ta)基合金熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立及其合金設(shè)計(jì).pdf

1、Co基合金具有良好的磁學(xué)性能、耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性以及生物相容性，因此在國(guó)防和民用工業(yè)中是一種重要的金屬材料。然而長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)新型Co基材料的開發(fā)通常是憑借經(jīng)驗(yàn)或是采用試錯(cuò)法，缺乏相應(yīng)的理論指導(dǎo)，研發(fā)周期長(zhǎng)，耗資大，效率低。近年來(lái)，隨著“材料基因組”計(jì)劃的提出，研究者希望能夠重組Co基材料的“材料基因”，從而可以根據(jù)工業(yè)需求來(lái)有目的地研發(fā)新型Co基材料。CALPHAD(CALculation of PHAse Diagram)是一種行

2、之有效地獲得“材料基因”的方法，基于熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)可以對(duì)材料的組織和性能作出預(yù)測(cè)。目前，專業(yè)的鋼鐵合金、鎳基高溫合金、鋁合金、鎂合金、銅合金以及無(wú)鉛焊接材料熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)均已經(jīng)被開發(fā)并商業(yè)化，但還沒有一個(gè)比較完善的Co基合金的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)。因此，建立關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域Co基合金（包括Co基高溫合金、垂直磁記錄材料等)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，無(wú)論是對(duì)于Co基新材料的開發(fā)還是對(duì)目前已有Co基材料的性能改進(jìn)，都具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。
　　本研究通

3、過(guò)合金法和擴(kuò)散偶法對(duì)部分重要的Co-X(X∶V,Ta)基合金體系的相圖進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究、結(jié)合部分已報(bào)道的熱力學(xué)性質(zhì)及相平衡信息，采用CALPHAD方法，對(duì)部分重要的Co基二元和三元系相圖進(jìn)行了熱力學(xué)優(yōu)化與計(jì)算，獲得了自洽性良好的熱力學(xué)參數(shù)?；讷@得的熱力學(xué)參數(shù)，計(jì)算的相圖與實(shí)驗(yàn)相圖符合較好。此外，本研究以Co-V基磁性薄膜的設(shè)計(jì)及制備為例，介紹了數(shù)據(jù)庫(kù)在材料設(shè)計(jì)上的應(yīng)用，研究結(jié)果表明該數(shù)據(jù)庫(kù)可以為Co基材料的研發(fā)提供重要的理論指導(dǎo)。以下為

4、本研究的主要內(nèi)容:
　　(1)通過(guò)合金法或擴(kuò)散偶法，采用EPMA背散射電子圖像組織觀察、WDX成分分析以及XRD相結(jié)構(gòu)分析等方法，對(duì)Co-V二元系、Co-V-Cr(800℃、1000℃、1100℃、1200℃)、Co-V-Fe(800℃、1000℃、1100℃、1200℃)、Co-V-Ni(800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃)、Co-Ta-Cr(800℃、900℃、1100℃)、Co-Ta-Ni(1200℃、1

5、300℃)、Co-Ta-Fe(1000℃)以及Fe-Ni-V(1000℃、1100℃、1200℃)共計(jì)8個(gè)合金體系進(jìn)行了相平衡的實(shí)驗(yàn)測(cè)定，獲得了共計(jì)22個(gè)等溫截面相圖。研究結(jié)果表明:σ相在Co-V-X(X∶ Cr, Fe，Ni)各三元系中均形成了連續(xù)固溶體（化合物）相;在Co-Ta-Cr三元系中，高溫相(Co，Cr)2Ta(HT)相在低溫段會(huì)被穩(wěn)定化;本研究測(cè)定的全部等溫截面相圖中均未發(fā)現(xiàn)三元化合物相。
　　(2)結(jié)合本研究所獲得

6、的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和文獻(xiàn)報(bào)道的實(shí)驗(yàn)信息，采用CALPHAD方法，對(duì)Co-V二元系相圖進(jìn)行了熱力學(xué)優(yōu)化與再計(jì)算。為了統(tǒng)一熱力學(xué)模型，對(duì)Co-Ta、Fe-Ta及Ni-Ta各二元系相圖進(jìn)行了熱力學(xué)再計(jì)算。在本研究及文獻(xiàn)報(bào)道的實(shí)驗(yàn)信息的基礎(chǔ)上，對(duì)Co-V-X(X∶ Cr, Fe，Ni)、Co-Ta-X(X∶Cr, Fe，Ni)以及Fe-Ni-V、Co-Fe-Ni和Cr-Fe-V各三元系相圖進(jìn)行了熱力學(xué)優(yōu)化與計(jì)算，并建立了Co-X(X∶V,Ta)基合金的

7、熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)。
　　(3)基于本研究建立的Co-X(X∶V，Ta)基合金的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)Co-V二元及Co-V基三元系的hcp兩相分離的相界線（亦稱溶解度間隙）進(jìn)行了熱力學(xué)計(jì)算，并分別計(jì)算了鐵磁性hcp相與順磁性hcp相的相分?jǐn)?shù)隨成分及溫度的變化曲線。在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了Co-V二元及Co-V-Ta三元合金薄膜的成分，并利用磁控濺射法制備了一系列Co-V基合金薄膜，對(duì)其微觀組織和磁學(xué)性能進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明:Co-V二