【摘 要】
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镍基高温合金是航空航天领域一种极其重要的合金,由于其使用寿命长、抗腐蚀、抗磨损性能好,尤其在高温下表现出优异的综合性能,常常被用于制造复杂的高温零件。目前,随着材料计算科学的发展,镍基高温合金的热力学和动力学研究逐渐从传统方法过渡到实验测定与计算机技术相结合的CALPHAD方法。基于实验以及第一性原理计算等数据,建立相关体系的热力学和动力学数据库,从而实现计算模拟和理论预测。本文使用计算热力学和计
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镍基高温合金是航空航天领域一种极其重要的合金,由于其使用寿命长、抗腐蚀、抗磨损性能好,尤其在高温下表现出优异的综合性能,常常被用于制造复杂的高温零件。目前,随着材料计算科学的发展,镍基高温合金的热力学和动力学研究逐渐从传统方法过渡到实验测定与计算机技术相结合的CALPHAD方法。基于实验以及第一性原理计算等数据,建立相关体系的热力学和动力学数据库,从而实现计算模拟和理论预测。本文使用计算热力学和计算动力学的方法,选择Ni-Al-X（X=Re&Ru）三元系高温合金为对象,对其相图热力学和扩散动力学做了详细的研究。本研究对子二元系进行了详细的热力学评估,以得到能够推广至多元系的热力学参数。采用平衡合金法和扩散偶法制备Ni-Al-Re/Ru三元合金样品,利用能谱分析（EDS）和电子探针显微分析技术（EPMA）对Ni-Al-Re/Ru三元系1273和1473 K的等温截面进行实验测定。评估前人的优化工作和文献报道的相平衡数据,运用CALPHAD方法,基于相平衡和第一性原理计算数据,利用ThermoCalc软件构建合理的热力学模型并优化模型参数,建立合理自洽的Ni-Al-Re/Ru三元体系的热力学数据库,完善Ni基合金体系的热力学数据库,并为动力学优化提供热力学参考。本研究利用扩散偶法和EPMA、EDS技术测得了1273和1473 K下扩散偶的成分曲线,经过误差函数展开式拟合曲线后基于Whittle-Green方法得到Ni-AlRe/Ru体系中fcc的互扩散系数。在此基础上,结合文献中收集到的经过严格评估后各类扩散系数,利用DICTRA软件对体系的移动性参数进行优化,建立精确可靠的动力学数据库,优化后的参数计算得到的各扩散系数与实验数据基本一致,且拟合得到的成分曲线与实验结果吻合得较好,可以用于构建Ni基合金体系的动力学数据库。
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