论文部分内容阅读
Al合金作为轻质结构材料,具有良好的力学性能、耐腐蚀性、热传导性和铸造性能,被广泛应用于微电子、汽车和航空等领域。在优化Al合金成分以及在热处理过程中了解温度、时间和成分对材料性质的影响时,相图热力学和扩散动力学发挥着至关重要的作用。目前,文献中已有各种多元合金热力学数据库的报道,但还没有相关扩散数据库的系统报道,对三元和多元合金尤其如此。一般来说,三元和多元合金的扩散系数实验数据十分有限,而且不同来源的数据经常不一致。研究表明：由各相的原子移动性参数和热力学因子可以建立多元系的扩散系数矩阵。原子移动性参数可以通过优化二元和三元系的实测扩散系数获得。本论文以多组元铝合金中的Al-Cu-Mg-Mn-Ni-Zn体系为研究对象,力求建立部分重要合金子体系精准的扩散动力学数据库,主要研究内容有：(1)收集并严格评估了文献中关于Al-Mg,Cu-Mg和Al-Cu-Mg合金fcc相实测的各种扩散系数。采用耦合第一性原理、半经验公式和CALPHAD (CALculation of PHAse Diagram)的方法得到了Mg在Cu的fcc相中的杂质扩散系数。采用DICTRA (DIffusion Controlled TRAnsformation)软件建立了Al, Cu, Mg在Al-Cu-Mg合金fcc相中精准的原子移动性参数,在此基础上预测了一系列二元系和三元系的成分距离曲线和扩散通道,并与实验测定值对比来验证本工作所获得的原子移动性参数和扩散系数的可靠性。(2)采用DICTRA软件在严格评估了文献中关于二元Cu-Mn,Ni-Mn, Cu-Ni, Mn-Zn体系和三元Cu-Mn-Ni, Cu-Mn-Zn, Ni-Mn-Zn体系fcc相实测的各种扩散系数的基础上,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相中的原子移动性参数。利用所得参数计算了二元和三元体系的杂质扩散系数、示踪扩散系数和互扩散系数,结果与实验值吻合得很好。利用原子移动性参数还预测了一系列二元系和三元系的成分距离曲线、扩散通量和扩散通道,重点分析了合金中柯肯达尔效应的原理,计算了柯肯达尔面迁移速率和迁移量。(3)收集并严格评估了文献中关于四元Cu-Mn-Ni-Zn体系fcc相实测的互扩散系数和各种扩散行为信息。采用DICTRA次件在精确的二元和三元体系原子移动性参数的基础上合理外推到Cu-Mn-Ni-Zn四元系。在此基础上预测了一系列四元系扩散偶的成分距离曲线和三维空间中的扩散通道,并合理分析了合金扩散过程中的上坡扩散及零通量面等现象。