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《中南大学》 2014年
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铝合金中Sc-Ni、Al-Li-Zr和Al-Sc-Zr体系的实验测定和热力学研究

曹昭平  
【摘要】:铝合金由于其卓越的综合性能广泛应用于航空航天和汽车等领域。Sc、Ni、Li、Zr是多元商业铝合金中的主要合金元素或添加元素。CALPHAD (CALculation of PHAse Diagram)技术基于热力学模型,广泛地应用于多组元体系的相图评估和热力学计算。本工作通过关键实验、第一性原理计算和CALPHAD计算相结合的方法对Sc-Ni二元系、Al-Li-Zr和Al-Sc-Zr三元系进行了系统的相图热力学研究。研究成果如下:(1)在对文献报道的相图和热力学数据严格评估的基础上,综合利用XRD、SEM/EDX、EPMA、DTA和DSC对Sc-Ni体系整个成分范围内的相关系以及部分零变量反应温度进行了研究。确定了五个化合物(ScNi5,Sc2Ni7,ScNi2,ScNi和Sc2Ni)的组分以及富Sc端的零变量反应类型和温度。使用第一性原理方法计算了该体系中五个化合物的形成焓。考虑了Bcc_B2/Bcc_A2间的有序-无序转变。基于本次实验结果和文献数据,对Sc-Ni体系进行了热力学优化计算,获得一套描述该体系的热力学参数。计算结果能较好的描述实验数据。(2)在对文献中Al-Li-Zr体系的相图数据进行严格评估的基础上,确定了三元化合物τ:的模型,并使用第一性原理方法计算了三元化合物τ1和τ2的形成焓。基于文献数据和第一性原理计算结果,对Al-Li-Zr体系进行了热力学评估,获得的热力学参数可以很好地描述相关实验数据。(3)在对Al-Sc-Zr体系相关文献进行评估后,采用CALPHAD方法对该体系进行初步的热力学描述。采用XRD、SEM和EPMA检测方法修正了AlZr3+Hcp_A3+β三相区的范围。基于文献数据和本工作实验结果对该体系进行进一步优化,得到一套自洽的描述Al-Sc-Zr体系的参数。计算结果能合理地描述实验数据。利用获得的热力学参数,构筑了Al-Sc-Zr体系的液相投影面。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TG146.21

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