用实验与热力学计算相结合的方法研究Ca-Y、Mg-Ca-Y及Ce-Sr、Mg-Ce-Sr体系的相关系

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镁合金具有密度小,比弹性模量大,比强度高,消震性好,散热好,耐有机物和碱的腐蚀性能,承受冲击载荷能力比铝合金大等优良特性。随着能源和原材料的日益短缺,作为镁合金的基础研究的的相图热力学研究就愈加显现出重要性。在实际的研究开发中,由于镁在高温下极易挥发和氧化的活泼性质,制备高质量的镁合金样品一直的相图研究领域的一个国际难题。本文作者采用了CALPHAD的方法选取关键合金名义成分点,通过粉末冶金的方法将样品压制成直径为0.5cm的圆柱封于Ta管内。由于Ca, Y, Sr和Ce的极易被氧化的特性,样品的配制均在真空手套箱中进行。综合利用X射线粉末衍射(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)及差示扫描量热法(DSC)等检测手段测定了Ca-Y、Mg-Ca-Y及Ce-Sr、 Mg-Ce-Sr体系的相关系,综合考虑所有实验数据,构建上述体系的实验相图,在此基础上,根据实验结果,对Ca-Y和Ce-Sr二元系及Mg-Ca-Y和Mg-Ce-Sr三元系进行了热力学优化计算。主要工作如下:1)测定了Ca-Y二元相图,没有发现二元化合物。2)测定了Mg-Ca-Y三元系的400℃等温截面。没有发现三元化合物。该截面分别由7个单相区,11个两相区及5个三相区组成。元素Ca在二元化合物Mg24Y5、Mg2Y和MgY中最大固溶度分别为8.3at.%、15.4at.%和5.3at.%。元素Y在二元化合物Mg2Ca中最大固溶度为12.4at.%。3)测定了Ce-Sr二元相图,没有发现二元化合物。4)测定了Mg-Ce-Sr三元系的400℃等温截面。此截面没有发现三元化合物。该截面分别由11个单相区,16个两相区及9个三相区组成。元素Sr在二元化合物Mg12Ce、Mg41Ce5及MgCe中最大固溶度分别为4.1at.%、3.6at.%和1.3at.%。元素Ce在二元化合物Mg17Sr2、Mg38Sr9、Mg23Sr6及Mg2Sr中的最大固溶度分别为3.4at.%、4.2at.%、3.7at.%和6.7at.%。5)在实验数据及文献数据的基础上,对边际Ca-Y和Ce-Sr二元系及Mg-Ca-Y和Mg-Ce-Sr三元系进行了热力学计算,通过优化计算得到了各个体系的一套自洽的热力学参数。我们首次对Ca-Y和Ce-Sr二元系及Mg-Ca-Y和Mg-Ce-Sr三元系进行了实验测定及热力学描述。我们对不同三元系中的同一结构的相用同一模型进行描述以便于把它们并于一个大的多组元Mg基数据库。我们的工作为新型镁合金的应用开发提供了宝贵的相图资料和热力学参数。
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