多元鋁合金中AL-CR-Si、MN-Ni-Si、Cr-Ni-Ti、AL-Fe-Mg-Ni-Si和AL-Cu-Fe-Mg-Ni體系的相圖熱力學研究.pdf

1、Al合金由于其優(yōu)良的綜合性能，被廣泛應用于航空航天、汽車等領域。Cu、Mg、Mn、Ni、Si、Fe、Cr、Ti等元素是Al合金中主要的合金元素或添加元素。相關體系的相圖和熱力學信息是研究Al合金性能的理論基礎。為了提高Al合金性能、改善生產(chǎn)工藝以及開發(fā)新型Al合金材料，建立多元Al合金精確的相圖熱力學數(shù)據(jù)庫是非常有必要的。
　　本論文以多元商用Al合金中的五個重要體系(Al-Cr-Si、Mn-Ni-Si、Cr-Ni-Ti、Al-F

2、e-Mg-Ni-Si和Al-Cu-Fe-Mg-Ni)為研究目標，通過集成關鍵實驗、第一性原理計算和CALPHAD(CALculationof PHAse Diagram)技術的方法獲得相應體系精準的熱力學數(shù)據(jù)庫。本工作的主要研究成果如下:
　　(1)對Al-Cr-Si體系進行了詳細的文獻評估，同時，借助于第一性原理計算了τ1(Al13Cr4Si4)和τ2(Al9Cr3Si)兩個三元化合物在0K時的形成焓。基于本工作第一性原理的結果

3、以及文獻報道的實驗數(shù)據(jù)和邊界二元系的熱力學描述，對Al-Cr-Si三元系進行了重新優(yōu)化，最終得到了一套能夠準確描述Al-Cr-Si體系整個成分和溫度范圍內的熱力學參數(shù)。此外，本工作還構筑了該體系的液相面投影圖和希爾反應圖。
　　(2)采用XRD、SEM/EDX等實驗手段，測定了Mn-Ni-Si體系1000℃等溫截面。同時，借助于第一性原理計算了τ4(MnNiSi)在0K時的形成焓。基于本工作實驗和第一性原理計算的結果以及可靠的文獻

4、數(shù)據(jù)，優(yōu)化計算了Mn-Ni-Si三元系。首次成功地應用同一個吉布斯自由能表達式描述了該體系中的Fcc_A1/L12和Bcc_ A2/Bcc_B2有序-無序轉變，并獲得了一套自洽的熱力學參數(shù)。此外，本工作還構筑了Mn-Ni-Si體系的液相面投影圖和希爾反應圖。
　　(3)應用CALPHAD方法，修訂了Ni-Ti二元系的熱力學描述，并對Cr-Ni-Ti體系進行了熱力學優(yōu)化。首次使用四個亞點陣模型描述三元系中的Bcc_A2/Bcc_ B

5、2有序-無序轉變?；谖墨I報道的實驗數(shù)據(jù)，獲得了一套自洽的熱力學參數(shù)。通過計算結果與實驗結果相比可知，本工作獲得的熱力學參數(shù)能夠準確地描述所有可靠的實驗數(shù)據(jù)。
　　(4)本工作重新優(yōu)化了Al-Fe-Si三元系的富Al角并修正了描述 Al-Fe-Ni三元系中Al9FeNi相的參數(shù)。結合本工作所獲得的Al-Fe-Si和Al-Fe-Ni體系的熱力學參數(shù)和文獻中已報道的其他三元系的熱力學參數(shù)，優(yōu)化計算了Al-Fe-Ni-Si、Al-Fe-

6、Mg-Si和Al-Cu-Fe-Ni三個四元系，并外推計算了Al-Fe-Mg-Si、Al-Cu-Fe-Mg和Al-Cu-Mg-Ni三個四元系，最后建立了Al-Fe-Mg-Ni-Si和Al-Cu-Fe-Mg-Ni五元系的熱力學數(shù)據(jù)庫。利用該數(shù)據(jù)庫計算的相圖數(shù)據(jù)、平衡凝固和Gulliver-Scheil非平衡凝固行為能很好地描述實驗數(shù)據(jù)。基于顯微模型計算了商用6063合金(Al-0.39Si-0.20Fe-0.43Mg，質量百分數(shù))和2618