Mg-Ni-Ce合金非晶形成成分范围的理论研究

基于非晶形成的热力学观点，提出一种定量预测三元合金非晶形成成分范围的方法。该方法所需的三元合金的自由能是由组成三元合金的3个二元合金系统的自由能通过Toop模型外推计算得到，二元合金的形成焓则由Miedema理论计算。将该模型应用到三元合金Mg-Ni-Ce，其理论预言的非晶形成成分范围与已有的实验结果符合得较好。     

Cu-Zr-Al三元非晶合金形成范围的热力学预测

用基于热力学观点的定量预测三元合金形成非晶成分范围的方法,对Cu-Zr-Al三元合金系形成非晶的成分范围进行了计算.该方法通过比较晶态固溶体的自由能和相应的非晶态的自由能来确定成分范围,在自由能的计算中,三元系的热力学数据由相应的3个二元系的热力学数据根据Toop模型外推得到,二元合金系的形成焓则通过Miedema理论的计算得出.结果表明,理论预测的形成非晶的成分范围与已有的实验结果符合得比较好.     

铁基二元合金非晶形成范围的理论研究

运用Miedema理论计算得到的不同结构的形成焓，结合Alonso等人提出的关于非晶形成范围的理论模型，对二十八个铁基二元合金系统的非晶形成范围进行了系统的研究，并与用机械合金化方法得到的二元合金非晶态形成范围的实验结果进行了比较，结果表明，理论预言的结果与实验结果符合得比较好。说明现在的模型在预测二元合金非晶形成范围上是合适的。     

Mg-Cu-La三元非晶合金形成范围的热力学预测

基于分析有利于合金非晶化的热力学因素,从非晶形成的热力学观点出发,综合应用Miedema理论和Toop模型,并考虑纯金属在不同温度下的自由能,在此基础上提出了一种定量预测三元非晶合金形成范围的方法:通过比较晶态的自由能和相应非晶态的自由能来确定成分范围.用该方法计算Mg-Cu-La三元合金系的非晶形成范围,并与已有的实验数据进行比较,发现二者符合得较好.该方法对于定量预测二元及三元甚至是多元合金系非晶形成范围将有一定的指导意义.     

稀土系贮氢三元合金的生成焓计算

利用 Miedema理论和几何模型计算了合金 La- M,Ni- M( M=La,Ni,Co,Mn,Al,Cr,Fe,Cu,Ga)和稀土系贮氢三元合金系统 La Ni5- x Mnx( M=Co,Mn,Al,Cr,Fe,Cu,Ga)的生成焓 ,计算结果与已有实验结果符合得较好 .结果表明 ,添加合金组元 Mn,Co,Cr,Fe和 Cu,三元合金 La Ni5- x Mx 的生成焓有不同程度的增大 ,而添加Al,Ga生成焓则明显减小 .讨论了生成焓对高温氢化时合金发生歧化反应的影响 ,合金的生成焓愈大 ,对歧化反应愈有利 .计算得到的生成焓数据与实验获得的合金歧化反应趋势和程度相符合     

三元合金中组分活度系数预测模型

利用Miedema二元系统生成热模型和Kohler模型,建立计算三元合金各组分的活度系数模型,并利用该模型计算三元液态体系Cu-Sb-Zn、Cu-Sn-Zn、Ag-Cu-Ge、Al-Fe-Si和三元固态体系C-Fe-Co及C-Fe-Ni等组分的活度或活度系数,同时与有关实验值进行对比.结果表明,组分活度的计算值与实验值具有较好一致性.该模型仅依靠合金元素本身的物理参数,不仅适用于液态合金,对固态合金的组分活度也具有一定预测作用.     

预测多元合金形成焓的三组元作用模型

研究了合金中的二元子系中的两组元的性质受到子系外组元的影响而引起形成焓的改变.模拟发现子系中组元的电负性和电子密度的改变与其和子系外组元电负性之和成比例,计算中可将此影响等效到对组元体积的影响,当子系外有多个组元时,其电负性的作用可等效到一个组元.对三元系合金形成焓的计算结果表明:考虑三个组元作用可大大提高预测的精度,结果与实验符合较好,优于几何模型预测结果.提出的合金形成焓建模的思路对于研究多元系合金的热力学性质也具有实际意义.     

三元合金体系金属玻璃成分区域的初步预测

在用热学计算方法计算评估二元合金非晶形成能基础上,利用早期曾经提1/x参数预估了Zr-Cu-Al三元合金形成成分范围.步结果表明,当1/x〉1.28时Zr-Cu-Al三元合金成分范围大致与前期大量实验到Zr-Cu-Al三元大块金属成分相符.在此基础上,计算Nd-Al-Fe和Nd-Al-Co三元合金中1/x值,分别为1/x〉2.7和1/x〉2.9;与早期研究结果相比较,表明1/x可以有效确定Nd-Al-Fe和Nd-Al-Co三元金属大致形成范围.最终,认为1/x可以有效确定三元金属大致形成成分范围.     

Fe-Al-Nd三元合金非晶形成成分范围的理论预测

用作者提出的基于晶态固溶体的自由能和相应的非晶态的过剩自由能比较定量预测三元合金形成非晶成分范围的方法,对Fe-Al-Nd三元合金系形成非晶的成分范围进行了计算,其理论预测的形成非晶的成分范围与已有的实验结果相符。     

Mg-Cu-La三元非晶合金形成范围的热力学预测

基于分析有利于合金非晶化的热力学因素，从非晶形成的热力学观点出发，综合应用Miedema理论和Toop模型，并考虑纯金属在不同温度下的自由能，在此基础上提出了一种定量预测三元非晶合金形成范围的方法：通过比较晶态的自由能和相应非晶态的自由能来确定成分范围．用该方法计算Mg—Cu—La三元合金系的非晶形成范围，并与已有的实验数据进行比较，发现二者符合得较好．该方法对于定量预测二元及三元甚至是多元合金系非晶形成范围将有一定的指导意义．     

Gd—Fe-Al系统非晶形成范围与能力的热力学分析

采用基于Miedema理论的半经验模型计算了Gd-Fe-Al三元合金系统中非晶相、固溶体相以及化合物相的吉布斯自由能,预测该合金系统的非晶形成范围和非晶形成能力.计算结果显示:实验得到的Gd基大块非晶在预测的非晶形成范围内;Gd基合金Gd65Fe20Al15,Gd65Fe15Al20和Gd70Fe15Al15的非晶形成能力与实验结果符合得很好.但是,由于共晶点位置的影响,Al基合金的非晶形成范围和非晶形成能力均与预测结果有一定差距.非晶相与固溶体相之间吉布斯自由能差是影响非晶形成的重要因素.     

Mg-Zn合金的热力学性质计算

组元活度的获得是合金热力学性质研究的一个重要方面．在各种预测合金热力学性质的模型中,Miedema模型是近年来发展得较为完善和准确的模型．文中根据Miedema合金生成焓模型,计算了Mg—Zn合金的生成焓,进而计算出了1000K时Mg—zn合金熔体中zn的活度曲线．计算结果表明,由于Mg—zn合金的生成焓值较小,在计算活度的过程中,过剩熵值对计算结果的影响较大,在引入过剩熵值后的活度计算值与实验值吻合较好．     

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．     

Al-Fe-Zr三元系中金属间化合物的形成焓计算

采用普适分析型的嵌入原子模型,通过拟合纯元素的晶格常数、空位形成能、结合能和体积模量等,确定出Al、Fe和Zr的嵌入原子模型参数,并用该嵌入原子模型分别计算由Al、Fe和Zr元素构成的3个二元系以及三元系中的有序合金化合物的形成焓。计算结果与已有的实验结果和第一原理计算结果符合得比较好。从计算Al-Fe-Zr所组成的三元有序金属间化合物的形成焓得出的金属间化合物稳定性趋势与三元相图相符合。     

Al-Mg-Zn三元合金表面张力的估算

运用Butler方程,结合CALPHAD优化后的过剩吉布斯自由能,计算了973 K温度下, Al-Mg, Mg-Zn, Al-Zn二元合金的表面张力.结果表明,在Al熔体中加入金属Mg和Zn,可降低该液态合金的表面张力.在此基础上,利用Chou模型计算了Al-Mg-Zn三元合金的表面张力.结果表明, Al-Mg-Zn三元合金表面张力计算值范围为0.575～0.864 N/m,且随着Mg含量的增加,表面张力减小.对比了二元及三元合金表面张力的计算值与实验值,误差在5%以内.     

Al-Zr二元合金的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的第一原理方法,计算了Al-Zr二元合金系金属间化合物的晶格常数、体弹性模量和形成焓,计算结果与已有的实验值和其他理论结果符合得很好.     

基于神经网络的Zr-Al-Ni-Cu非晶体系形成能力的预测

利用神经网络对Zr-Al-Ni-Cu非晶体系的各个元素成分以及过冷液相区ΔTx和约化玻璃转变温度Trg的样本进行了分析，建立Zr-Al-Ni-Cu非晶体系的形成能力预测模型．并利用约化玻璃转变温度Trg与非晶形成能力的关系对Zr-Al-Ni-Cu非晶体系的形成能力进行了预测．     

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。     

以原子半径和电负性预测玻璃形成能力

提出了一个基于合金组元原子半径和电负性判断非晶形成能力的方法. 建立了原子半径差与电负性差之比Δd/Δe与临界冷却速度Rc的数值模型,并在所有五种不同合金系中获得一致且开口向上的抛物线关系. 在此基础上,设计并制备了四种不同成分的Zr-Al-Ni-Cu金属玻璃,并测量它们的临界尺寸Zmax、过冷液相区间ΔTx和约化玻璃转变温度Trg. 结果表明,Zr54Al13Ni15Cu18的玻璃形成能力最佳,而且用Δd/Δe模型预测的四种金属玻璃的玻璃形成能力顺序与所有实测参数(包括Zmax、ΔTx和Trg)表征的顺序基本一致. 因此,用Δd/Δe的预测方法比较同一合金系内不同合金之间玻璃形成能力的优劣是可靠的.     

Ni基大块非晶合金的玻璃形成能力

计算已开发的镍基大块非晶合金玻璃形成能力的表征参数Trg、γ、δ、和φ.线性回归表明,这4个参数值与合金的临界直径Dmax之间不存在线性关系,说明它们不能很好地表征镍基非晶合金的GFA.计算镍基大块非晶合金的GFA预测参数λn和ε.结果发现,组元原子尺寸相差不大的镍基非晶合金的λn值大多集中在0.2附近.另外,Dmax与ε之间存在一定的线性关系,说明镍基大块非晶合金的临界直径Dmax与它的ε值成正比.在开发新的镍基非晶合金时,可以参考ε值来确定最佳的合金成分.