多元Al合金擴散系數(shù)研究及擴散行為模擬.pdf

1、Al合金作為輕質結構材料，具有良好的力學性能、耐腐蝕性、熱傳導性和鑄造性能，被廣泛應用于微電子、汽車和航空等領域。在優(yōu)化Al合金成分以及在熱處理過程中了解溫度、時間和成分對材料性質的影響時，相圖熱力學和擴散動力學發(fā)揮著至關重要的作用。目前，文獻中已有各種多元合金熱力學數(shù)據(jù)庫的報道，但還沒有相關擴散數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)報道，對三元和多元合金尤其如此。一般來說，三元和多元合金的擴散系數(shù)實驗數(shù)據(jù)十分有限，而且不同來源的數(shù)據(jù)經常不一致。研究表明:由各相

2、的原子移動性參數(shù)和熱力學因子可以建立多元系的擴散系數(shù)矩陣。原子移動性參數(shù)可以通過優(yōu)化二元和三元系的實測擴散系數(shù)獲得。
　　 本論文以多組元鋁合金中的Al-Cu-Mg-Mn-Ni-Zn體系為研究對象，力求建立部分重要合金子體系精準的擴散動力學數(shù)據(jù)庫，主要研究內容有:
　　 (1)收集并嚴格評估了文獻中關于Al-Mg，Cu-Mg和Al-Cu-Mg合金fcc相實測的各種擴散系數(shù)。采用耦合第一性原理、半經驗公式和CALPHAD(

3、CALculation of PHAse Diagram)的方法得到了Mg在Cu的fcc相中的雜質擴散系數(shù)。采用DICTRA(DIffusion ControlledTRAnsformation)軟件建立了Al，Cu，Mg在Al-Cu-Mg合金fcc相中精準的原子移動性參數(shù)，在此基礎上預測了一系列二元系和三元系的成分距離曲線和擴散通道，并與實驗測定值對比來驗證本工作所獲得的原子移動性參數(shù)和擴散系數(shù)的可靠性。
　　 (2)采用DI

4、CTRA軟件在嚴格評估了文獻中關于二元Cu-Mn，Ni-Mn，Cu-Ni，Mn-Zn體系和三元Cu-Mn-Ni，Cu-Mn-Zn，Ni-Mn-Zn體系fcc相實測的各種擴散系數(shù)的基礎上，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相中的原子移動性參數(shù)。利用所得參數(shù)計算了二元和三元體系的雜質擴散系數(shù)、示蹤擴散系數(shù)和互擴散系數(shù)，結果與實驗值

5、吻合得很好。利用原子移動性參數(shù)還預測了一系列二元系和三元系的成分距離曲線、擴散通量和擴散通道，重點分析了合金中柯肯達爾效應的原理，計算了柯肯達爾面遷移速率和遷移量。
　　 (3)收集并嚴格評估了文獻中關于四元Cu-Mn-Ni-Zn體系fcc相實測的互擴散系數(shù)和各種擴散行為信息。采用DICTRA軟件在精確的二元和三元體系原子移動性參數(shù)的基礎上合理外推到Cu-Mn-Ni-Zn四元系。在此基礎上預測了一系列四元系擴散偶的成分距離曲線和