Al-Mg-Mn-Zr-Er合金組元相互作用與相變熱力學(xué)研究.pdf

1、在五系鋁合金中添加稀土元素Er和過(guò)渡元素Zr后具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，合金的組織與性能均有明顯的的改善，這與其合金元素的相互作用有關(guān)。本文修正了Miedema模型并采用固體與分子經(jīng)驗(yàn)電子理論，對(duì)合金系統(tǒng)的熱力學(xué)性質(zhì)與價(jià)電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算，分析探討了含Er五系A(chǔ)l-Mg合金中組元間相互作用，分析了Er元素對(duì)Al-Mg-Mn-Zr-Er合金系統(tǒng)的相變熱力學(xué)性質(zhì)的影響。 本文在充分考慮稀土元素特殊結(jié)構(gòu)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，全面評(píng)述了影響Mi

2、edema模型計(jì)算結(jié)果的因素，修正了電負(fù)性參數(shù)和尺寸差別因子，計(jì)算出的鋁稀土二元合金系統(tǒng)的混合焓與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加接近，鋁稀土二元化合物生成焓在-40KJ/mol-60KJ/mol之間，計(jì)算誤差范圍從36％減小到3.5％。根據(jù)金屬間化合物鍵性與其形成焓間的關(guān)系推算，大部分二元鋁稀土金屬間化合物的鍵結(jié)合具有共價(jià)鍵性。這些重復(fù)驗(yàn)算的數(shù)據(jù)可以作為進(jìn)一步合金設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)熱力學(xué)數(shù)據(jù)。 針對(duì)實(shí)際合金熔體的物理性質(zhì)，對(duì)熔體模型中描述組元間相互作用參

3、數(shù)表達(dá)式進(jìn)行了修正，由此推出了適用于三組元間相互作用參數(shù)計(jì)算表達(dá)式，對(duì)Al-Mg-Mn-Zr-Er合金系統(tǒng)中的組元間相互作用參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果表明Al-Er之間的相互作用能最負(fù)。Al-Er二元合金系統(tǒng)的熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算結(jié)果表明在整個(gè)濃度范圍內(nèi)熱力學(xué)性質(zhì)均為負(fù)值，說(shuō)明在1073℃下合金熔體性質(zhì)比較穩(wěn)定，鋁鉺原子之間可以完全互相替換。同時(shí)利用拓展Miedema模型對(duì)合金體系中可能形成的三元化合物的生成焓進(jìn)行計(jì)算分析，其中Al0.9(Zr0.

4、1－xErx)形成焓最負(fù)，最有可能形成。DSC熱分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明稀土元素Er提高了基體的熱穩(wěn)定性，Al3Er相的熱力學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，在810℃左右開始熔化，其溶解激活能大約為90-123KJ/mol，與MTDATA計(jì)算Al-Sc二元合金中Al3Sc相比，Al3Er相的熱穩(wěn)定性更高。 利用固體與分子經(jīng)驗(yàn)電子理論對(duì)Al，Er，Al3Er，Al-Er二元固溶體以及Al-Mg-Zr-Er合金體系進(jìn)行了價(jià)電子結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，結(jié)果表明在純Al

5、，Er原子晶胞中Al應(yīng)該處于雜化第四階，Er應(yīng)該處于雜化第四階。Al3Er晶胞中Al-Er鍵上價(jià)電子數(shù)nA為0.35798，是最強(qiáng)共價(jià)鍵。對(duì)Al-Mg-Zr-Er合金可能存在的Al3Er，Al3Zr，Al3(ZrxEr1－x)等晶胞價(jià)電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算，重點(diǎn)探討了Er元素對(duì)Al-Mg-Zr合金價(jià)電子結(jié)構(gòu)的影響以及Al3(Zr1－xErx)的價(jià)電子結(jié)構(gòu)變化規(guī)律。Zr原子的引入減小了Al3Er空間鍵結(jié)構(gòu)的最強(qiáng)鍵共價(jià)電子對(duì)數(shù)nA，晶格電子密度