almg合金中含er相的热力学计算研究

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1、摘要摘要稀土元素具有独特的物理和化学性质，添加到铝合金中能起一些有益作用，已成为铝合金中常用的微合金化元素。稀土会影响铝合金的相变过程，但稀土铝合金系统及形成相的基本热力学数据极不完整。本文全面收集和整理二元基础热力学数据，并通过计算分析来完善相关的铝合金系统以及铝稀土相的热力学计算方法和基础热力学参数。采用Miedema半经验模型，通过几个简单的物性参数和设定的常数来计算合金系统的热力学性质的方法，由于稀土元素具有不同于其它合金元素的性质，在计算铝稀土二元合金系统形成焓时就会有较大的误差。因此，本研究依据已有文献报道的铝稀土金属间化合物的形成焓的实验数据，分析

2、了Miedema模型的参数取值原理。针对稀土原子尺寸等特点，讨论了铝稀土金属间化合物的形成焓计算值所产生误差的原因，并由此对Miedema计算模型进修正。常见的部分铝稀土金属间化合物形成焓数据的文献实验值和MTDATA热力学计算软件(英国国家实验室开发)的计算值作为对应计算研究，验证了修正计算模型的准确性。综合分析Miederna计算模型修改前后的计算结果与文献报道的实验值之间的误差范围，结果显示修改后模型的计算误差从36％减小到5％。基于研究所提出的修正计算模型还推测了文献资料未报到的一些铝稀土金属间化合物在标准状况下的形成焓，作为后续研究的基础。稀土元素具有

3、相似的电子构型，且处于周期表中同一族系，这种特殊位置使之具有的电子能级，离子半径，原子半径等一般仅呈现微小而近乎连续的变化，推测与铝元素形成的相同类型的金属间化合物的性质差别也不是很大；但是，稀土元素所具有的d和f电子会在形成金属间化合物时起到相应的作用，本研究从元素相互作用成键的机理出发，计算分析了A13Sc，A13Ce，A13La，A13Nd的形成吉布斯自由能和形成焓等热力学函数随温度变化的规律。进一步计算讨论分析铝合金中稀土元素的固溶度等性质，研究了固溶度和A13RE的形成吉布斯自由能、A1．RE相互作用能以及温度之间的关系。Er和舢所形成的金属间化合物A

4、13Er相，与A1基体保持共格关系，熔点(1340K)高于铝合金基体的熔点，随着温度降低，在熔体凝固过程中会优先弥散析出，作为后续凝固时的异质形核核心，北京T业火学T学硕lj学位论文使结晶核数目增加，并抑制晶粒长大，进而使晶粒得到细化。基于计算出的基础数据，用Zhang模型和Toop模型计算了接近实用的三元系铝镁合金A1一Mg-Sc和A1一Mg—Er系统的形成焓，讨论分析了微量的Sc和Er对A1．5Mg合金系统形成焓的影响。结果说明随着微合金元素Sc和Er的量的增加，A1．5Mg合金系统的形成焓往负方向变化。用交互作用强度关系式计算A1-Mg—Er和A1-Mg—

5、Sc两个系统中各个二元合金元素的相互作用强度，说明Al—Sc和舢一Er的相互作用强度远大于Mg．Sc和Mg-Er的相互作用强度；这表明稀土元素应当是优先与铝合金元素结合，所以，在所研究的铝镁合金系统中一般只能形成铝镁相和铝稀土相。基于铝镁合金中复合添加Zr，Sc的合金体系中形成A13(Sc。Zrl．，)三铝化合物复合相粒子，本文通过热力学计算研究结果表明，zr原子部分代替sc原子形成A13(Sc噬Zrl．x)的复合相粒子，其在标准状况下的形成焓与A13Sc的形成焓相差很小，A13(Sc嘿Zrl-x)和A13Sc一样是稳定的相。在铝镁合金中复合添加Zr，Er，同样

6、也会生成灿3(ErxZrl嚎)三铝化合物复合粒子，热力学计算研究结果表明在标准状况下A13(ErxZrl．x)的形成焓和A13Er的形成焓很相近，也是稳定的相。关键词铝镁合金；修正Miedema计算模型；A13Er相；形成焓；热力学计算；ABSTRACTABSTRACTTherareearthelementshavespecialphysicalandchemicalproperties．Theycanimprovethepropertiesofaluminumalloys．Therareearthelementscanaffectthephasetransfo

7、rmationofthealuminumalloys．ThebasicthermodynamicdataofA1一REsystemarestilllackSOfar．ThethermodynamicdataofbinaryA1一REalloysarecollectedandanalyzedinthethesisandthethermodynamicmethodandbasicthermodynamicparametersaboutA1--REsystemandA1·-REintermetallicsarediscussed．Becauseofthediffere

8、ntproperties