Mg-Mn-Fe-Ni、Mg-Mn-Ca-Zr、Mg-Mn-Al-Li體系的相圖及熱力學(xué)研究.pdf_第1頁(yè)
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1、與鋼鐵、鋁合金等結(jié)構(gòu)材料相比,鎂合金具有密度低、比強(qiáng)度和比剛度高、易切削加工、容易回收等特點(diǎn)。隨著能源和原材料的短缺,對(duì)鎂合金進(jìn)行系統(tǒng)的研究顯現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用價(jià)值。鎂合金的相圖熱力學(xué)研究作為鎂合金的基礎(chǔ)研究,也顯得越來(lái)越重要。但是由于鎂的高揮發(fā)性以及高反應(yīng)活性,對(duì)鎂合金的相圖熱力學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)研究(特別是對(duì)包含Ca、Mg、Mn等元素的體系的研究)一直是相圖研究領(lǐng)域的一個(gè)國(guó)際難題。
  本研究屬于“多組元鎂合金體系的相圖測(cè)定、熱力學(xué)計(jì)算

2、及顯微組織演變的模擬”研究項(xiàng)目中的一部分。本工作的主要工作思路是:自行設(shè)計(jì)一套可用于含Ca、Mg、Mn等高揮發(fā)性以及高反應(yīng)活性元素的合金的制備以及檢測(cè)方法,采用這套方法測(cè)定Mg-Mn-Fe-Ni、Mg-Mn-Ca-Zr以及Mg-Mn-Al-Li三個(gè)四元系中含鎂的三元系的相平衡,在綜合考慮所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,對(duì)所有的三元系及相關(guān)的二元系進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算。本工作主要研究成果如下:
  (1)在Fe-Mg-Mn、Fe-Mg-Ni和Mg

3、-Mn-Ni三個(gè)體系的研究中,本工作建立了粉末冶金法制備鎂合金相圖試樣的流程。采用這套制備流程,本工作分別制備了Fe-Mg-Mn、Fe-Mg-Ni、Mg-Mn-Ni體系的試樣。隨后在對(duì)Ca-Mg-Zr、Ca-Mg-Mn、Ca-Mn以及Ca-Zr四個(gè)體系的研究中,針對(duì)Ca元素活性極大的特點(diǎn),本工作還對(duì)此套流程進(jìn)行了改進(jìn)。本工作提出的粉末冶金法制備流程克服了由于Mg元素的揮發(fā)性在制備中引起的技術(shù)難題。
  (2)為了解決鎂合金的差熱分

4、析這一世界性難題,本工作設(shè)計(jì)了一種特殊的差熱分析法,較好地解決了含高揮發(fā)、高反應(yīng)活性元素體系相變溫度測(cè)定問(wèn)題,本方法具有精度高、全程水氧含量低的優(yōu)點(diǎn)。利用該法,本工作精確測(cè)定了Mg-Mn-Ni、Mg-Mn-Zr、Ca-Mg-Mn、Ca-Mg-Zr、Ca-Mn以及Ca-Zr體系的相轉(zhuǎn)變溫度。該方法可望進(jìn)一步拓展到鋰電池和貯氫功能材料的研究。
  (3)本工作系統(tǒng)分析了CALPHAD(相圖計(jì)算)長(zhǎng)期研究中易忽略的一些不合理相關(guān)系,如倒

5、置溶解度隙、固(液)相的高溫(低溫)再穩(wěn)定、金屬間化合物的低溫分解等問(wèn)題。從熱力學(xué)的角度分析了它們產(chǎn)生的原因。在此基礎(chǔ)上,提出了熱力學(xué)約束條件來(lái)消除計(jì)算中的不合理的相關(guān)系,并把這些熱力學(xué)約束條件用到了Al-Li-Mg、Ca-Mg-Mn和Mg-Mn-Ni等體系的優(yōu)化過(guò)程中。通過(guò)本工作提出的理論方法,成功地控制了熱力學(xué)計(jì)算中不合理相關(guān)系的出現(xiàn)。
  (4)本工作通過(guò)自主創(chuàng)新發(fā)明的實(shí)驗(yàn)方法,測(cè)定了Fe-Mg-Mn、Fe-Mg-Ni、Mg

6、-Mn-Ni、Mg-Mn-Zr、Ca-Mg-Mn和Ca-Mg-Zr體系的等溫截面以及變溫截面。在本工作測(cè)定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,對(duì)Fe-Mg-Mn、Fe-Mg-Ni,Mg-Mn-Ni、Mg-Mn-Zr、Al-Li-Mg、Ca-Mg-Mn和Ca-Mg-Zr三元系以及邊際Li-Mg、Ca-Zr和Ca-Mn體系進(jìn)行了熱力學(xué)優(yōu)化和計(jì)算,獲得了各個(gè)體系的自洽熱力學(xué)參數(shù)。本工作對(duì)其中的絕大部分體系首次進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)定及熱力學(xué)描述。本工作的熱

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