Fe-Ni-Zn和Mg-Ge体系的相平衡和热力学性质研究

论文摘要

钢板是热镀锌的基体材料,Ni是热镀锌合金的添加元素之一,Fe-Ni-Zn三元系相平衡的研究对于热镀锌工艺的优化具有重要的指导意义。本文通过扩散偶技术和合金法测定了Fe-Ni-Zn三元系550℃相平衡。在前人工作的基础上,设计了15个关键合金和4个扩散偶,通过X射线衍射分析、扫描电子显微镜与能谱仪等分析手段,对Fe-Ni-Zn体系550℃的等温截面进行了实验测定。实验证实了三元相T相的存在,初步测定了部分中间化合物的成分范围,并计算了其点阵常数。结合本实验结果和文献中报道的实验数据,对Fe-Ni-Zn体系进行了热力学优化。获得的热力学参数可以很好地描述相关实验数据。Al-Mg-Ge合金因其具有良好的导热性能,较高的高温强度和时效硬化速率等,被广泛应用在电子设备、航天器、和汽车行业。此外,对于镁基合金,随着Ge的加入可以细化固溶相（α-Mg）的晶粒尺寸,同时产生的共晶组织还可以提高镁合金的极限拉伸强度。因此研究Mg-Ge体系具有很重要的实际意义。本文通过CALPHAD方法与第一性原理计算相结合的方法,对Mg-Ge体系进行了热力学评估。用第一性原理计算了化合物Mg2Ge的生成焓,对于优化时选择实验数据具有指导作用。优化过程中采用了置换溶体模型和缔合溶液模型描述液相,中间相根据其成分范围描述为线性化合物。最终得到一套自洽的热力学参数。计算的相图和热力学性质与实验数据一致,表明所获得的热力学参数能够较为完整地描述Mg-Ge二元系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 相图
• 1.2 相图的实验测定方法
• 1.2.1 合金样品的制备
• 1.2.2 均匀化热处理
• 1.2.3 合金样品的物相分析
• 1.2.4 显微结构及相成分分析
• 1.3 相图热力学计算
• 1.3.1 CALPHAD简介
• 1.3.2 热力学模型
• 1.3.3 计算方法
• 1.3.4 第一性原理计算
• 1.4 研究背景
• 1.4.1 Fe-Ni-Zn体系
• 1.4.2 Mg-Ge体系
• 第二章 Fe-Ni-Zn体系550℃等温截面的实验测定
• 2.1 实验文献评述
• 2.1.1 Fe-Zn二元系
• 2.1.2 Ni-Zn二元系
• 2.1.3 Fe-Ni二元系
• 2.1.4 Fe-Ni-Zn三元系
• 2.2 实验过程
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 合金X射线及扫描电镜结果与讨论
• 2.3.2 扩散偶SEM/EDX分析结果与讨论
• 2.3.3 550℃等温截面
• 2.4 小结
• 第三章 Fe-Ni-Zn体系的热力学优化
• 3.1 文献评述
• 3.1.1 Fe-Zn二元系
• 3.1.2 Ni-Zn二元系
• 3.1.3 Fe-Ni二元系
• 3.1.4 三元系热力学优化信息
• 3.2 热力学模型
• 3.3 优化过程
• 3.4 优化结果及讨论
• 3.5 小结
• 第四章 Mg-Ge体系的热力学优化
• 4.1 文献评估
• 4.2 热力学模型
• 4.3 优化过程
• 4.4 优化结果和讨论
• 4.5 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果