Cu-Ag-RE体系的热力学优化和计算

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拥有十分优异的综合物理和力学性能,高强高导铜合金作为结构功能材料被广泛的应用于电力、电子、机械等工业领域。但是,材料的强度和导电性通常是成反比的,即在提高强度的同时导电性下降。对铜合金来说,如何同时获得高强度和高导电性是具有相当挑战性的工作。在尽叮能保持铜的良好导电性的前提下大幅度提高其强度以达剑导电性与强度的良好匹配是当前研究和制备铜合金的中心任务之一。我们在研究国内外铜合金技术的发展过程中发现铜的强化技术主要有两种方法:一是通过添加合金元素强化铜基体形成合金的合金法;二是引入第二相强化相形成复合材料的复合材料法。不管是合金法还是复合材料法,其原理都是通过改善材料的相组成以及制备工艺等因素来提高合金的使用性能。而要改变相组成和制备工艺都离不开相图。相图在材料设计过程中扮演着非常重要的角色,特别是随着计算相图技术(计算材料科学技术的主要组成部分)的进步,现在人们可以量化处理材料体系中的各种状态参量,对材料的成分以及工艺进行优化设计,进而达到需要的性能。因此,对重要铜合金体系进行热力学优化计算以获得精确的相图和热力学数据对开发高强高导铜合金很有必要。 Cu-Ag合金目前已经成为研究高强高导铜合金中的热点。但是成本较高制约着该合金系列的工业生产。近几年来新的研究表明在Cu-Ag合金中添加稀土不仅仅叮以在保持合金导电性的情况下大大提高其强度,而且还能够降低成本。因此,结合我国稀土元素资源丰富的特点,开发具有自主知识产权的Cu-Ag-RE合金体系蕴含巨大的市场潜力。本文采用CALPHAD技术优化计算了Cu-Eu、Cu-Yh、Ag-Eu和Ag-Yb等二元体系,并外推计算了Cu-Ag-Eu和Cu-Ag-Yb这两个三元体系并建立了体系的热力学数据库,取得如卜结果: 1. 利用相图计算(CALPHAD)方法,采用Thermo-Calc热力学软件包优化和计算了Cu-Eu和Cu-Yb两个二元系.其中液相与端际相采用替代溶液模型,所有化合物均为化学计量比型,计算所得相平衡和热力学数据均与实验数据吻合很好。 2.利用相图计算(CALPHAD)方法,采用 Thermo-Calc热力学软件包优化和计算了Ag-Eu和Ag-Yb两个二元系。其中液相与端际相采用替代溶液模型,Ag<,2>Eu相采用亚点阵模犁,其余化合物均采用线形化合物模型,计算所得相图数据和热力学性质均与实验结果拟和很好。 3.基于获得的Cu-Eu、Cu-Yb、Ag-Eu和Ag-Yb的热力学数据,外推计算Cu-Ag-Eu和Cu-Ag-Yb两个三元系。另外还计算了三元系的等温截面和液相线投影面。最后结合计算所得结果定性讨论了添加稀土对合金强度的影响。
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