Al-Zn-Cu系低Cu侧相平衡及扩散行为的研究

论文摘要

Al-Zn-Cu系是铝基轻合金中具有重要实际意义的基础系统之一,对该系fcc固溶体溶解度间隙的认识当前存在重要矛盾。而正确认识该系fcc固溶体的溶解度间隙,对于研究含Zn、Cu的铝合金淬火后时效初期的脱溶行为,控制铝合金的组织与性能具有重要的实际意义。本论文参照热力学计算采用扩散偶实验研究的方法,对Al-Zn-Cu三元系fcc固溶体溶解度间隙进行了研究;并在此基础上采用Boltzmann-Matano法分析了Cu添加对Al-Zn固溶体中扩散行为的影响。 通过扩散偶—电子探针法成功地测定了低Cu侧fcc固溶体溶解度间隙在277～351℃时α1（α1+α2）相边界的走向。明确了随着Cu的增加,Zn在α1和α2中的溶解度都降低,Cu在α2和α1之间的分配比以大于1,即Cu主要分配在α2相中。这表明Al-Zn-Cu三元系fcc固溶体溶解度间隙在低铜侧呈发散状,而且可以由Al-Zn侧连续过渡到Al-Cu侧。 研究还确定了低Cu侧fcc固溶体溶解度间隙在360℃仍然存在。这时随着Cu的增加,Zn在α1中的溶解度降低;而在α2中的溶解度提高,Cu在α2和α1中的分配比KCu（α2）/（α1）,仍明显大于1。这表明了Cu的添加能提高Al-Zn系fcc溶解度间隙的存在温度。实验的全部结果表明Al-Zn-Cu系fcc固溶体溶解度间隙在整个空间应该呈“隧道形”,与热力学计算结果一致,而不是此前人们仅根据部分实验所认识的“钟罩形”。 在260～360C之间测定α2（α）/β相平衡成分时发现,Cu在α2和β中的分配比KCuβ/（α2）明显大于1,即Cu主要分配在β相中。在277℃以下仅存在α/B的相平衡关系,此时Cu的加入增加了Zn在α相中的固溶度。 利用扩散偶在260、300、320和360℃平衡处理后进行电子探针微区成分测定的Zn浓度分布曲线,用Matano法分析了Cu添加对Al-Zn固溶体中扩散行为的影响,首次定量地确定了添加少量Cu对高Zn含量fcc固溶体中的互扩散系数有明显降低的作用。此外,随着Zn浓度的提高,Al-Zn fcc固溶体中的互扩散系数也明显增加。

论文目录

• 声明
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 相图的基本概念
• 1.1.1 相图研究的意义
• 1.1.2 相图与相律
• 1.2 Al-Zn二元系相图
• 1.3 Al-Zn-Cu三元合金系的研究现状
• 1.3.1 Al-Zn-Cu溶解度间隙实测推算结果
• 1.3.2 Al-Zn-Cu溶解度间隙计算结果
• 1.4 相平衡及扩散行为扩散偶法研究
• 1.4.1 相平衡的扩散偶法研究
• 1.4.2 玻尔兹曼—马塔诺（Boltzmann-Matano）法的研究原理和方法
• 1.5 本论文的研究内容
• 第二章 实验合金制备及研究方法
• 2.1 母合金的设计与制备
• 2.1.1 母合金的成分设计
• 2.1.2 母合金的制备
• 2.1.2.1 实验设备和材料
• 2.1.2.2 母合金的熔制
• 2.1.2.3 均匀化处理
• 2.2 扩散偶的制作
• 2.3 扩散偶的扩散退火处理
• 2.4 扩散偶组织与成分的分析方法
• 2.4.1 显微组织观察
• 2.4.2 电子探针微区成分定量分析
• 第三章 Al-zn-Cu系低Cu侧相平衡成分的扩散偶法测定
• 1／α₂边界走向的研究'>3.1 Al-Zn-Cu系溶解度间隙α₁／α₂边界走向的研究
• 3.1.1 Al-Zn-Cu系320℃等温截面低Cu侧相平衡的研究
• 3.1.1.1 光学显微组织观察
• 3.1.1.2 电子探针（EPMA）分析结果
• 3.1.2 Al-Zn-Cu系300℃等温截面低Cu侧相平衡的研究
• 3.1.2.1 显微组织观察
• 3.1.2.2 电子探针（EPMA）分析结果
• 3.2 Al-Zn-Cu系260℃等温截面低Cu侧相平衡的研究
• 3.2.1 显微组织观察
• 3.2.2 电子探针（EPMA）分析结果
• 3.3 Al-Zn-Cu系360℃等温截面低Cu侧相平衡的研究
• 3.3.1 显微组织观察
• 3.3.2 电子探针（EPMA）分析结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 Cu对Al-Zn固溶体中扩散行为的影响
• 4.1 扩散系数的相关概念
• 4.2 Al-Zn固溶体中互扩散系数的计算方法
• 4.2.1 扩散系数计算所涉及的软件及程序介绍
• 4.2.2 本课题程序设计的指导思想
• 4.3 互扩散系数计算的结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢