Al-Fe-Ce三元系中金属间化合物的形成焓的计算

采用普适分析型的嵌入原子模型,通过拟合铝、铁和铈元素的单空位形成能、晶格常数、结合能和体积弹性模量等实验数据,建立了铝、铈和铁元素相应的嵌入原子相互作用势,合金中异类原子间的相互作用势的参数通过拟合已有的实验结果或第一原理计算结果得到。用该嵌入原子模型分别计算了由铝、铁和铈元素组成的所有二元系和三元系中具有不同晶体结构的有序合金化合物的形成焓,计算结果与已有的第一原理计算结果和实验结果符合得比较好。     

(Fe-Al)-TM三元合金热力学性质的Miedema理论计算

为了改善金属间化合物的性能通常采用合金化方法,而合金元素能否添加取决于合金化后体系能量是否降低。文中采用Miedema理论与几何外推模型相结合,综合考虑原子尺寸差异引起的弹性畸变能,计算了(Fe-Al)-TM(TM=Transition Metals)体系中Fe Al-TM和Fe3Al-TM金属间化合物的形成焓。结果表明:计算值与文献结果符合较好。其中,第1B、4B、5B、7B和8B族过渡元素都较容易替代Fe添加进(Fe-Al)-TM合金中,而替代Al则比较困难,Sc、Y、La添加较容易形成合金化。计算结果可为设计制备(Fe-Al)-TM合金体系和改善金属间化合物的脆性提供重要的热力学依据。     

金属间化合物在氢气中的脆化

实验表明,不同类型金属间化合物在氢气中的氢脆敏感性呈如下次序:Co3Ti＞Ni3Al＞Fe3Al＞TiAl.上述次序可能与组成金属间化合物的过渡元素对H2的催化裂解成原子氢的能力有关.证明有序及无序态Ni3Fe不存在空气中由水汽诱发的环境氢脆,在H2气氛中无序态也不存在脆性,但有序态Ni3Fe则存在严重的环境氢脆.研究并讨论了(Co,Fe)3V合金在有序及无序状态下在H2中的脆化本质.     

金属间化合物的标准生成焓估算模型

在分析已有的热力学数据基础上,建立估算二元金属间化合物标准生成焓的双参数模型,通过模型求解,得到34种金属的双参数模型的参数值。用此模型可估算由简单金属形成的二元金属间化合物的标准生成焓,包括Fe,si,Nb,Ti,Cu,Co和Mg等多个体系,估算109个已知金属间化合物AlCa,AlCo,CrNi,FeTi,FeSi,FeNb和MoSi等的标准生成焓。研究结果表明：双参数模型计算的平均误差为12.47 kJ/mol,标准差为17.40 kJ/mol;用双参数模型估算金属间化合物的标准生成焓精度高,其估算结果的正态分布比较集中,并且误差小于离子束缚模型和米德玛模型的误差。     

铝钢焊接界面金属间化合物形成的热力学分析

以热力学基本定律为基础,建立铝/镀锌钢板异种金属焊接接头界面金属间化合物形成的吉布斯自由能变化计算模型.应用所开发的计算和绘图程序,得到铝/镀锌钢板异种金属焊接接头界面处Al-Fe金属间化合物相形成的标准吉布斯自由能变化与温度关系的图形,分析在焊接接头界面处可能形成的Al-Fe金属间化合物相的种类,并与焊接实验结果进行比较.模拟结果表明:在Al-Fe界面上形成Fe2Al5和FeAl3金属间化合物,与实验结果基本一致,所建立的热力学模型是合理的.     

Cu/Al管气体火焰钎焊接头特征及热力学分析

通过计算Cu/Al管氧乙炔气体火焰钎焊条件下形成金属间化合物的各化学反应的熵变,对Cu/Al金属间化合物的形成及向CuAl2转化的趋势进行了化学热力学分析;结合XRD、SEM、EDS研究了Cu/Al管氧乙炔气体火焰钎焊接头组织与元素分布特征。结果表明,Cu/Al管氧乙炔气体火焰钎焊条件下,接头中脆性金属间化合物CuAl2由Cu、Al原子的直接结合和其他Cu/Al金属间化合物与Al原子的继续反应生成,其中CuAl自主转化趋势较强;热力学计算分析与接头XRD分析结果一致。钎焊接头可分为3个特征区域:靠近Al基体侧形成了宽度约30μm的α-Al与α-Al+CuAl2二元共晶区;钎缝中心偏Al基体一侧形成了宽度约150μm组织细密的多元共晶组织区;钎缝中靠近Cu基体宽度约120μm区域,Cu的大量扩散并与Al充分反应,形成了粗大珊瑚状CuAl2。     

Al60Fe20Cu20纳米材料的结构研究

采用机械合金化方法制备了系列Al60Fe20Cu20纳米晶体样品,并对部分样品附加500℃快速退火处理.联合使用X射线衍射和X射线吸收精细结构技术,分别从晶体的长程有序和原子近邻配位的短程有序2个方面研究样品的结构相变.结果表明:样品中Al和Cu原子首先组成体心四方结构的Al2Cu金属间化合物,然后与Fe原子合金化,形成Cu和简立方晶体结构AlFe的固溶体,结构稳定但不均匀,Fe原子处于富集状态;即使附加500℃-5 min退火,Al60Fe20Cu20系统在40 h的机械合金化过程中不能形成准晶相;球磨30 h后,晶粒尺寸已达到20 nm左右.     

Al-Zr,Al-Y和Zr-Y二元合金熔体热力学性质的计算

基于Miedema模型,利用热力学基本原理及元素的基本性质,计算Al-Zr,Al-Y和Zr-Y二元系统的混合焓、过剩熵、过剩吉布斯自由能以及各组元的活度.基于Al-Zr和Al-Y二元合金相图的数据,计算Al3Zr和Al3Y相析出反应的吉布斯自由能.研究结果表明:Al-Zr和Al-Y二元合金熔体的混合焓、过剩熵和过剩吉布斯自由能都小于0J,各组元的活度相对于理想溶液发生了较大的负偏差,而Zr-Y二元合金熔体的混合焓、过剩熵和过剩吉布斯自由能大于0J,各组元的活度相对于理想溶液发生了较大的正偏差,说明Al与Zr和Y原子有较强的相互作用,而Zr和Y原子相互作用不大.2种相析出反应的吉布斯自由能都小于0J,且Al3Y相的吉布斯自由能更小,表明过渡族元素Zr和稀土元素Y同时加入到纯Al时,更容易生成Al3Y;计算结果和实验结果相吻合,证明Miedema模型的合理性.     

机械合金化AlCuFe 形成准晶体的XAFS 定量分析

为了准确辨别AlCuFe准晶体（QC）形成的相变过程,进而探索其形成机理,采用X射线吸收精细结构（XAFS）定量分析技术,计算不同球磨时间 Al70Cu20Fe10合金中的Cu原子,以及700 ℃退火后的Cu和Fe原子的局域结构参数,并与X射线衍射（XRD）分析进行比对。结果表明,经过不同球磨时间,样品中Al和Cu首先形成Al2Cu金属间化合物,进而转化为Cu9Al4,Fe原子仍然是原来的体心立方(bcc）α-Fe结构。α-Fe与Al和Al2Cu经过退火处理化合为Al7Cu2Fe化合物,进而转变为QC;而长时间球磨产生的Cu9Al4退火后化合为稳定的Al(Cu,Fe)固溶体,不会形成QC。     

贵金属与锡二元合金的热力学性质的计算

运用Miedema理论计算了Cu-Sn,Ag-Sn,Au-Sn三个二元系统的整个成分范围的固态形成焓和液态合金混合焓以及金属间化合物的形成焓,并将计算结果同已有的实验结果进行了比较．结果表明,计算值与已有的实验结果符合得比较好．同时讨论了原子尺寸因素、电负性、电子轨道能量等对合金形成焓的影响．     

FeAl合金的LFS势及点缺陷性能计算

构建了Fe、Al及其合金的原子间Long-range Finnis-Sinclair(LFS)势,利用Fe、Al及其合金的晶格常数、结合能和体弹性模量等实验数据拟合了纯金属Fe、Al及合金FeAl的LFS势参数,从中选择一组最优参数.为了检验所构建的势在缺陷性能方面的表现,利用构建的纯金属及合金的原子间势计算了金属Fe、Al及合金FeAl的单空位形成能,结果表明,与Fe相关的单空位形成能的计算结果与实验结果及其他理论计算结果符合得很好.     

汽车用热镀锌板Fe-Al过渡层相结合能的计算

应用固体与分子经验电子理论（ＥＥＴ）对汽车用热镀锌过渡层中可能存在的Ｆｅ３Ａｌ,ＦｅＡｌ,Ｆｅ２Ａｌ５和Ｆｅ４Ａｌ１３等金属间化合物相的结合能进行了计算,其值分别为－１４１６．５３０６,－７９７．７３１９,－３１４８．０２３５和－１９５０．６０９２ｋＪ／ｍｏｌ,可见Ｆｅ３Ａｌ５的结合能最大,说明其本身的结合强度最好,该方法对某些无法通过实验得到其结合能值的情况具有参考意义。     

三元合金及金属间化合物中各组分活度系数的计算

根据Kohler三元溶体模型和Miedema二元系统生成热模型，建立了计算三元合金及金属化合物中各组分活度系数的方程。计算了三元合金Ti-5Al-2.5Sn,Ti-6Al-4V及不同温度下金属间化合物TiAl,Ti3Al和Ti2AlNb中各组分的活度系数。并与有关实验值进行了对比.计算结果表明此公式的计算结果与实验值吻合较好，解决了固态二元、三元合金及金属间化合物中各组分的活度系数的计算问题，Ti与A1活度系数均小于1，对Raoultl定律产生负偏差。根据所计算的活度系数和活度值，预测了SiC/TiAl,SiC/Ti3Al和SiC/Ti2AlNb复合材料的界面反应，表明SiC/Ti3Al界面反应较为严重。     

Nd60Fe30-xZrxAl10(x=5,10,15,20)合金的制备及磁性能研究

分别采用电弧熔炼和机械合金化法制备Nd60 Fe30-xZrxAl10（x=5,10,15,20）晶态和纳米非晶态合金,并利用X射线衍射仪、振动样品磁强计等对制备的晶态合金和纳米非晶态合金的结构及其磁性能进行分析,研究Fe和Zr相对含量的变化对合金相的组成及磁性能的影响.结果表明：Nd60 Fe30-xZrxAl10（x=5,10,15,20）合金晶态及纳米非晶态合金均显示软磁性;对于晶态样品,随着Zr含量的增加,样品的磁化强度逐步降低;对于纳米非晶态合金,随着Zr含量的增加,合金的饱和磁化强度降低;相同成分的纳米非晶态合金的饱和磁化强度高于相应的晶态合金的饱和磁化强度.Nd60Fe20Zr10Al10混合粉末球磨100 h后达到了完全非晶化,说明Nd60 Fe20Zr10Al10有较好的非晶形成能力.     

爆炸焊接L2/16MnR界面反应区显微结构

用ＳＥＭ、ＥＤＳ、ＴＥＭ对Ｌ２／１６ＭｎＲ爆炸焊接界面反应区进行了研究。结果发现：该区是由非晶、微晶、准晶相和多种Ｆｅ、Ａｌ化合物组成的混合组织；化合物种类有Ａｌ３Ｆｅ、Ａｌ２Ｆｅ、Ａｌ６Ｆｅ、Ａｌ５Ｆｅ２、ＡｌＦｅ。分析了反应区和混合组织的形成机制。     

Al65Fe10Zr20Gd5非晶态合金的制备与晶化P

研究Al65Fe10Zr20Gd5混合粉末的机械合金化引起的非晶态化过程,采用X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）分析混合粉末的结构演变和形貌,用差热分析仪（DTA）分析非晶态合金的热稳定性。结果表明,粉末在机械合金化过程中先细化,由初始粉末直接扩散固溶导致晶格崩溃形成非晶,球磨60h后Al65Fe10Zr20Gd5完全非晶化。DTA曲线显示非晶合金晶化呈现单一的放热峰。合金在923K等温退火1h后,完全晶化,析出复杂的中间相,表现出多晶型晶化的特点,晶化产物为Fe5Gd、Fe2Zr、Al2Gd3和α-（Al）固溶相。Al65Fe10Zr20Gd5非晶晶化激活能为259.64 kJ.mol-1,该非晶合金具有较高的热稳定性和较强的抗晶化能力。     

Site preference of ternary additions in Ni3Al

The substitution behavior of ternary additions in Ni3Al is systematically studied using interatomic potentials. The pair potentials between identical and distinct atoms are obtained via strict lattice inversion based on the first-principle cohesive energy curves. Taking long-range interaction into account, the quantitative calculations for the alloys containing various amounts of alloying elements are made by utilizing a relaxed sample averaging method. The relative magnitudes of cohesive energy corresponding to different configurations are used. The calculated results are in good agreement with the results of experiments. Finally, some predictions are made for the substitution behavior of certain alloying elements and some elements in the region of surface and interface that have not been previously studied.     

Bulk Al–Al3Zr composite prepared by mechanical alloying and hot extrusion for high-temperature applications

Bulk Al/Al3Zr composite was prepared by a combination of mechanical alloying (MA) and hot extrusion processes. Elemental Al and Zr powders were milled for up to 10 h and heat treated at 600°C for 1 h to form stable Al3Zr. The prepared Al3Zr powder was then mixed with the pure Al powder to produce an Al–Al3Zr composite. The composite powder was finally consolidated by hot extrusion at 550°C. The mechanical properties of consolidated samples were evaluated by hardness and tension tests at room and elevated temperatures. The results show that annealing of the 10-h-milled powder at 600°C for 1 h led to the formation of a stable Al3Zr phase. Differential scanning calorime-try (DSC) results confirmed that the formation of Al3Zr began with the nucleation of a metastable phase, which subsequently transformed to the stable tetragonal Al3Zr structure. The tension yield strength of the Al?10wt%Al3Zr composite was determined to be 103 MPa, which is approximately twice that for pure Al (53 MPa). The yield stress of the Al/Al3Zr composite at 300°C is just 10% lower than that at room tem-perature, which demonstrates the strong potential for the prepared composite to be used in high-temperature structural applications.     

机械合金化AlCuFe经退火形成准晶体的结构变化

为了研究AlCuFe准晶体的形成机理,采用了X射线衍射(XRD)和扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)2种分析技术,有效地克服了高度无序体系结构分析的困难.研究结果表明,在球磨过程中Cu原子进入Al的晶格点阵,经过不同球磨时间分别形成金属间化合物Al2 Cu或者Cu9 Al4,而Fe原子保持原来的体心立方(bcc) α...     

煤中矿物质对灰熔融温度影响的三元相图分析

采用ＣａＯ和Ｆｅ２Ｏ３添加剂按不同比例掺入煤灰中制成混合灰样，对混合灰样的熔融特性及其矿物组成进行试验研究，并利用三元系统相图进行分析．结果表明，在还原性气氛下，混合灰样与ＣａＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２和ＦｅＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２三元系统相图具有相似的熔融特性温度曲线；在高温下混合灰样的矿物组成与三元系统相图的矿物组成基本一致