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Mg-Zn-Gd系300℃相平衡的扩散偶法与平衡合金法实验研究

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Mg-Zn-Gd系300℃相平衡的扩散偶法与平衡合金法实验研究

作者：朱壮东北大学

学位级别：硕士

镁合金具有密度小、比强度和比刚度大等优异性能。但是一般镁合金耐蚀性能差、高温强度较低以及塑性变形能力较差,这大大限制了其应用范围。Mg-Gd系合金高温力学性能优异,在Mg-Gd合金中再加入Zn元素,还可形成具有14H结构的X相、二十面... 详细信息

镁合金具有密度小、比强度和比刚度大等优异性能。但是一般镁合金耐蚀性能差、高温强度较低以及塑性变形能力较差,这大大限制了其应用范围。Mg-Gd系合金高温力学性能优异,在Mg-Gd合金中再加入Zn元素,还可形成具有14H结构的X相、二十面体准晶I相、W相、F相和Z相等三元化合物,为进一步改善镁基合金性能提供了更多可能性。Mg-Zn-Gd系300℃的固态相平衡对于合金成分及制备和热处理工艺设计至关重要,但此温度下相关系较为复杂,研究仍不够完善。准晶I相300℃时是否为热力学稳定相、各三元化合物能否与镁基固溶体平衡等研究存在着较大的分歧。因此,本实验采用扩散偶法与平衡合金法相结合,利用SEM、TEM、EPMA、XRD和DSC对Mg-Zn-Gd系300℃的相平衡关系和平衡相成分进行了研究。得到以下结论:(1)在Mg-Zn-Gd三元系中,二十面体准晶I相、14H结构的X相、面心立方结构的W相和F相、以及六方结构的Z相都为热力学稳定相。其中准晶I相、W相和X相在300℃时能够与镁基固溶体α-Mg平衡共存;而三元化合物F相和Z相则不与镁基固溶体平衡。(2)Mg-Zn-Gd系300℃等温截面相图的富Mg角存在着三个三相区。随Gd含量的增加依次为:α-Mg相+Mg2Zn3相+I相、α-Mg相+I相+W相、α-Mg相+W相+X相。300℃时以下化合物之间也存在着相平衡关系:F相与W相、F相与I相、I相与MgZn2相、I相与Mg2Zn11相、W相与GdZn2相、W相与GdZn3相、F相与GdZn3相。(3)300℃时,元素Gd在二元化合物Mg2Zn3相的固溶,使得Mg2Zn3相区从Mg-Zn侧向三元系延伸,在三元系中形成了在Mg-Zn二元系中并不能存在的α-Mg相与Mg2Zn3相间的相平衡。Mg元素在二元化合物GdZn3中的固溶度可达10.8 at.%。(4)在Mg91Zn7Gd2合金中,324.4℃时发生了从I相到F相的相转变。在Mg91Zn7Gd2合金中,从300℃到400℃过程中,I相消失,Z相形成。

关键词： Mg-Zn-Gd系 300℃相平衡扩散偶法合金法三元化合物

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合金法制备镍超微粉

沈阳工业大学学报 1997年第6期19卷 55-56,60页

作者：孙维民金寿日杨贺

研究了以高熔点金属钨和制备超微粉用金属镍的合金为原料，用直流电弧等离子体法在０．１ＭＰａ的Ｈ２＋Ａｒ混合气氛中连续制备镍超微粉的方法．结果表明，以钨－镍合金为原料时镍超微粉的产率比用纯镍为原料时的产率高一倍以上，并且... 详细信息

研究了以高熔点金属钨和制备超微粉用金属镍的合金为原料，用直流电弧等离子体法在０．１ＭＰａ的Ｈ２＋Ａｒ混合气氛中连续制备镍超微粉的方法．结果表明，以钨－镍合金为原料时镍超微粉的产率比用纯镍为原料时的产率高一倍以上，并且捕集的超微粉中几乎不含有金属钨．

关键词：合金法镍粉超微粉制备

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预合金法生产铜基电接触材料

电工材料 2016年第5期 45-45页

将欲加入铜基电接触材料中的元素与铜熔炼，生成二元或多元合金；这些加入的元素包括锆、铝、锡、镧、镉等中的一种或几种，加入的比例为铜质量的0．01％～4．0％；经搅拌后制成合金化铜粉；再以该二元或多元合金铜粉为基体，添加0．1％... 详细信息

将欲加入铜基电接触材料中的元素与铜熔炼，生成二元或多元合金；这些加入的元素包括锆、铝、锡、镧、镉等中的一种或几种，加入的比例为铜质量的0．01％～4．0％；经搅拌后制成合金化铜粉；再以该二元或多元合金铜粉为基体，添加0．1％～50％粉状碳氮化钛粉，将上述材料混合均匀、烧结成型即得到一种低压电器触点用铜基合金电接触材料。

关键词：铜基电接触材料合金法生产多元合金混合均匀铜基合金低压电器烧结成型

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Au-Pt-Ni体系相图的实验研究

中国有色金属学报 2022年第6期32卷 1782-1795页

作者：胡洁琼谢明陈永泰方继恒杨有才刘满门王塞北云南省贵金属新材料控股集团有限公司昆明650106 昆明贵金属研究所稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室昆明650106

Au-Pt-Ni体系在燃料电池催化剂领域具有较强的应用背景,然而关于体系合金相图的研究较少,制约了该体系催化剂的设计、开发及应用。通过研究Au-Pt-Ni合金体系的相图,明确多元合金催化剂在催化反应过程中的相平衡关系,以及合金相的形成对... 详细信息

Au-Pt-Ni体系在燃料电池催化剂领域具有较强的应用背景,然而关于体系合金相图的研究较少,制约了该体系催化剂的设计、开发及应用。通过研究Au-Pt-Ni合金体系的相图,明确多元合金催化剂在催化反应过程中的相平衡关系,以及合金相的形成对催化剂性能的改善作用等,有利于寻找改善催化剂性能以及设计新型催化材料的新方法。本文分别采用合金法和扩散偶法对Au-Pt-Ni体系进行实验研究;采用合金法研究了体系的450℃等温截面,采用扩散偶法研究了体系的900℃等温截面。结果表明:450℃时Au_(20)Pt_(10)Ni_(70)、Au_(20)Pt_(30)Ni_(50)和Au_(20)Pt_(50)Ni_(30)合金存在三种物相,Au_(20)Pt_(20)Ni(60)合金存在两种物相;900℃时体系存在(Au)和(Pt,Ni)两种固溶体。对比实验结果与计算相图发现,实验结果与计算相图吻合较好。

关键词： Au-Pt-Ni体系相图合金法扩散偶铂基催化剂贵金属合金

Al-Co-Y三元系合金873K等温截面的研究

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铸造技术 2016年第1期37卷 14-17页

作者：李显刘立斌毋敌王星章立钢中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083 有色金属材料科学与工程教育部重点实验室湖南长沙410083

采用合金法，通过电子探针微区成分分析和X射线衍射仪物相等实验方法分析确定了Al—Co—Y三元系在873K时部分相关系。实验获得了5个三元化合物，分别为Al7Co2Y、Al9Co3Y2、Al2CoY、AlCoY及AlCo2Y2。其中，AlCo2Y2为新相。Al2Y和Co2Y在... 详细信息

采用合金法，通过电子探针微区成分分析和X射线衍射仪物相等实验方法分析确定了Al—Co—Y三元系在873K时部分相关系。实验获得了5个三元化合物，分别为Al7Co2Y、Al9Co3Y2、Al2CoY、AlCoY及AlCo2Y2。其中，AlCo2Y2为新相。Al2Y和Co2Y在三元系中固溶度范围分别为0～8．2at．％Co和0-7.8at．％Al，而能谱分析显示Al在Co3Y、Co5Y和Co17Y2在体系中有很大的固溶度范围，实验测定值分别为31．8at．％Al、32．4at％Al和24．1at．％Al。

关键词：合金法相平衡等温截面

Mg-Gd(Y)-Zn系多元合金相图计算和实验验证

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Mg-Gd(Y)-Zn系多元合金相图计算和实验验证

作者：程乐西安工业大学

学位级别：硕士

镁合金作为最轻的商用金属结构材料,在航空航天、汽车工业上已经被广泛应用,现已成为世界各国材料领域研究的热点。经过近几十年的研究发现,在镁基体中添加稀土元素可以显著的提高镁合金的综合性能。当前已有很多关于稀土镁合金的报到,... 详细信息

镁合金作为最轻的商用金属结构材料,在航空航天、汽车工业上已经被广泛应用,现已成为世界各国材料领域研究的热点。经过近几十年的研究发现,在镁基体中添加稀土元素可以显著的提高镁合金的综合性能。当前已有很多关于稀土镁合金的报到,特别是含稀土Gd、Y元素的新型稀土镁合金开发与应用的报道。在新型材料的研究中,合金相图具有很重要的作用,通过相图可以对合金中的相组成做出确切的理论说明,指导合金成分的设计、热处理工艺的制定。而现阶段Mg-Gd(Y)-Zn系合金的研究主要集中在成分优化和性能检测,缺乏指导合金设计的完整相图。本文利用热力学计算软件Pandat和Mg合金热力学数据库外推计算得到Mg-Gd-Zn系和Mg-Y-Zn系合金的等温截面相图与垂直截面相图,通过合金法和扩散偶法相结合的方法对计算相图进行了分析、优化修正。首先,采用合金法选定Mg-x Gd-y Zn(x=6,9;y=6,8);Mg-x Y-y Zn(x=3,6;y=6,8)八种合金,在200℃下对试样进行平衡处理,平衡处理时间为480h,用差热分析法(DSC)测定合金的相变温度,用XRD测定合金相组成,用金相显微镜观察了合金的相形貌,用扫描电镜分析了相成分,验证了Mg-Gd-Zn系及Mg-Y-Zn系计算得到的平衡相图。对比分析发现,DSC测定的平衡点与计算得到的平衡点基本相符,个别平衡点存在误差,其中Mg-9Gd-8Zn的差值为5.3%,Mg-8Zn-6Y的误差为30.5%,Mg-6Zn-6Y的误差值为9.3%;由相图计算结果可知,合金中的室温平衡组织是由a-Mg、Mg5Gd、MgZn、Mg24Y5相组成,这与XRD结果相符,说明了用Pandat软件和现有镁合金数据库外推计算的Mg-Gd-Zn系、Mg-Y-Zn系相图具有一定的可靠性;通过金相显微镜观察可知,合金中的组织中主要相是α-Mg和呈树枝晶状,晶间分布颗粒状第二相。经扫描电镜分析,在平衡处理的过程中,发生了原子置换,经确定为α-Mg和Mg5(Zn, Gd)、Mg(Zn,Gd)、 Mg(Zn, Y)、Mg24(Zn, Y)5,据此对对计算相图中的平衡相组成进行修正,获得了修正的Mg-Gd-Zn、Mg-Y-Zn系平衡相图。在实验合金中还确定出少量非平衡相,包括MgZn2、Mg3Gd和Mg2Gd,经扫描电镜分析,这些相的组成是Mg3(Zn,Gd)相、Mg(Zn,Gd)2、Mg(Zn, Y)2相,虽然出现了非平衡想,但是含量非常少,对实验结果影响不大。还利用扩散偶法对计算得到的Mg-Zn-G系和Mg-Zn-Y多元合金平衡相图进行了验证,分别使用SEM/EDS和EPMA对其进行分析,结果表明：200℃时Mg2Zn/Gd(wt%)和Mg4Zn/Gd(wt%)扩散偶的相区分布为:a-Mg+Mg5Gd+MgZn→MgZn+Mg5Gd+Mg2Zn3→Mg2Zn3+Mg5Gd+Mg3Gd;Mg2Zn/Y(wt%)扩散偶的相区分布为α-Mg+MgZn→α-Mg+MgZn+Mg24Y5→MgZn+Mg24Y5→MgZn+Mg2Zn3+Mg24Y5→Mg2Zn3+Mg24Y5;而Mg4Zn/Y(wt%)扩散偶的平衡相区分布为α-Mg+MgZn→α-Mg+MgZn+Mg24Y5→MgZn+Mg24Y5→MgZn+Mg2Zn3+Mg24Y5→Mg2Zn3+Mg24Y5→Mg2Y+Mg24Y5+Mg2Zn3,与计算得到相图基本一致。通过EPMA对Mg4Zn/Gd(wt%)和Mg4Zn/Y(wt%)扩散偶进行了能谱分析,得到的Mg4Zn/Gd(wt%)扩散层组织为α-Mg+Mg5Gd+MgZn→MgZn+Mg5Gd+Mg2Zn3→Mg2Zn3+Mg5Gd+Mg3Gd,而Mg4Zn/Y(wt%)扩散偶的相区为α-Mg+MgZn→α-Mg+MgZn+Mg24Y5→MgZn+Mg24Y5→MgZn+Mg2Zn3+Mg24Y5→Mg2Zn3+Mg24Y5→Mg2Y+Mg24Y5+Mg2Zn3,相区边界位置及相图组成与计算得到相图基本一致,证明了计算相图的准确性。

关键词：镁合金相图计算 Pandat软件相组成相图验证合金法扩散偶

含Zr/Ru的部分Co基三元系合金相图的实验研究

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含Zr/Ru的部分Co基三元系合金相图的实验研究

作者：罗陈彬厦门大学

学位级别：硕士

钴基高温合金由于其较高的初熔温度,良好的高温强度、抗热腐蚀性和抗氧化性,成为各种涡轮叶片和引擎发动机的理想材料。随着科技的迅速发展,复杂的工作环境对于钴基高温合金的综合性能也提出了更高的要求。添加Cr、Ni、W、Al、Zr、Mo和R... 详细信息

钴基高温合金由于其较高的初熔温度,良好的高温强度、抗热腐蚀性和抗氧化性,成为各种涡轮叶片和引擎发动机的理想材料。随着科技的迅速发展,复杂的工作环境对于钴基高温合金的综合性能也提出了更高的要求。添加Cr、Ni、W、Al、Zr、Mo和Ru等元素的合金化是提升钴基高温合金综合性能的重要途径。例如,在钴基高温合金中添加Zr元素,可以减少晶界缺陷,有效地提高合金的高温强度和使用寿命。Ru元素的添加会改变合金中γ与γ’相之间的元素分配行为,增强合金的抗蠕变性和组织稳定性。但是过量地添加Zr和Ru等元素将会导致脆性相的析出,降低合金的使用寿命和高温性能。因此有关含Zr、Ru的Co基高温合金相图的实验研究是非常必要的,对钴基高温合金的成分设计和组织控制具有重要的指导意义。本研究实验测定了包含Zr、Ru元素的Co-W-Zr、Co-Al-Zr及Co-Mo-Ru三个三元合金系的相平衡。研究结果如下:(1)实验测定了 Co-W-Zr三元系在1200℃和1300℃时全成分的等温截面相图。Co2Zr和W2Zr两相具有相同的晶体结构(C15),但未见形成连续固溶体化合物相,而是在两相间形成了 Co2Zr+W2Zr两相区。在该三元系中未发现三元化合物相的存在。(2)实验测定了 Co-Al-Zr三元系富Co-Zr侧1000℃和1200℃时的等温截面相图。在这两个等温截面相图中均存在CoAl2Zr6、CoAlZr和Co2AlZr三个三元化合物。Zr 在(αCo)中的固溶度为 1.3 at.%(1000℃)和 2.6 at.%(1200℃);Al 在(αCo)中的固溶度为 12.5 at.%(1000℃)和 14.9 at.%(1200℃)。(3)实验测定了 Co-Mo-Ru三元系在1100℃和1300℃时全成分的等温截面相图。在1100℃时,Ru元素在Co2Mo3为有限固溶,其固溶度为8.0 at.%;在1300℃时,出现了结构为D8b的高温相Mo3Ru2和Co2Mo3所形成的从Co-Mo侧到Ru-Mo侧的连续固溶体(Co,Ru)2Mo3。

关键词：钴基高温合金合金法三元合金相平衡

Ni基高温合金中部分含Re三元合金相平衡的实验研究

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Ni基高温合金中部分含Re三元合金相平衡的实验研究

作者：刘虎厦门大学

学位级别：硕士

Ni基高温合金具备优异的高温力学性能、抗氧化性能和抗热腐蚀性能,被广泛应用于航空工业之中,如航空发动机的涡轮叶片、导向叶片和涡轮盘等。但是,随着航空工业的不断发展,对Ni基高温合金的高温性能也提出了更为严格的要求。合金化是提... 详细信息

Ni基高温合金具备优异的高温力学性能、抗氧化性能和抗热腐蚀性能,被广泛应用于航空工业之中,如航空发动机的涡轮叶片、导向叶片和涡轮盘等。但是,随着航空工业的不断发展,对Ni基高温合金的高温性能也提出了更为严格的要求。合金化是提高Ni基高温合金综合性能的重要途径,比如Cr、Co、Mo、W、Re和Ru等元素在Ni基高温合金中的添加量达到了 20 wt.%～50 wt.%,用于提升高温综合性能。特别是Re元素的添加能显著提高单晶涡轮叶片的高温蠕变强度,增加其使用寿命。然而过量的Re元素加入又容易导致TCP脆性相的析出,降低合金的高温性能和使用寿命。因此含Re的Ni基高温合金相平衡信息对于Ni基高温合金的开发具有重要的指导意义。因此,本研究将采用合金法和扩散偶法,通过显微组织观察、电子探针成分分析和X射线衍射分析等实验手段对包含Re元素的三元合金体系Cr-Re-X(X:Ru,Mo,W)、Co-Re-X(X:Mo,W)以及相关三元系 Cr-Mo-Ru 和 Ti-Mo-Cu 共计 7个三元系的16个等温截面相图进行了实验测定。本研究的主要结果如下:(1)实验测定了 Cr-Re-Ru、Cr-Re-Mo 和 Cr-Re-W三元系在 1100℃和 1200℃时的等温截面相图。实验结果表明σ类型的化合物Cr2Re3、Cr2Ru和Mo2Re3相具有较大的固溶度。另外,Cr-Re-W三元系在Cr-W侧存在BCC的相分离现象。(2)实验测定了 Co-Re-X(X:Mo,W)各三元系在 1000℃、1100℃ 和 1200℃时的等温截面相图,进一步完善了 Co-Re-X(X:Mo,W)各三元系的相平衡实验信息。(3)实验测定了 Cr-Mo-Ru三元系在1100 ℃和1200 ℃时全成分的等温截面相图,其中Mo原子在Cr2Ru相中具有较大的固溶度,最大固溶度达到了53.2 at.%(1200 ℃)。同时,实验测定了 Ti-Mo-Cu 三元系在 800 ℃ 和 900 ℃ 下全成分的等温截面相图,发现了一个新的化合物τ相。本研究获得的相平衡实验信息是Ni基高温合金热力学数据库的重要组成部分,可为Ni基高温合金热力学数据库的建立提供基础实验信息。

关键词：镍基高温合金合金法扩散偶法三元合金相平衡

Fe-Ti-Bi和Fe-Ti-Sn三元系的相关系研究

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Fe-Ti-Bi和Fe-Ti-Sn三元系的相关系研究

作者：黄丽华中南大学

学位级别：硕士

摘要：钢铁稀土复合变质剂对于改善钢铁的组织形貌以及提高性能有着重要的作用,特别是一类稀土-低熔点-其他元素复合变质剂,既消除了低熔点杂质元素有害作用还有效提高了韧性和耐磨性等性能。为了进一步了解这些元素之间的相互作用,更... 详细信息

摘要：钢铁稀土复合变质剂对于改善钢铁的组织形貌以及提高性能有着重要的作用,特别是一类稀土-低熔点-其他元素复合变质剂,既消除了低熔点杂质元素有害作用还有效提高了韧性和耐磨性等性能。为了进一步了解这些元素之间的相互作用,更好地理解变质机理,为钢铁的变质剂设计提供理论依据,研究相关体系的相关系和建立相应的热力学数据库,是非常必要的。本文通过实验研究及相图计算的方法(CALPHAD方法)对Fe-Ti-Bi和Fe-Ti-Sn这两个三元系的相关系进行了深入的研究,得到了合理的等温截面和自洽的Fe-Ti-Bi三元系热力学参数。1.制备退火态合金样品,通过电子探针(EPMA)检测分析,确定合金样中的平衡相,研究Fe-Ti-Bi三元系773K下的相平衡关系。实验确定在Fe-Ti-Bi三元系在773K下存在三元相Bi2FeTi4,测得了3个三相区及2个两相区,绘制了等温截面。2.采用第一性原理计算Fe-Ti-Bi体系中部分化合物的形成焓。运用CALPHAD方法,根据计算的形成焓和文献报道的实验相图信息和热力学数据,重新优化了Ti-Bi二元系,得到合理的热力学参数。结合文献报道的Fe-Ti和Fe-Bi二元系的热力学参数,外推优化Fe-Ti-Bi体系。利用Scheil模型对两个典型的铸态合金进行了凝固模拟,验证了Fe-Ti-Bi体系外推优化结果的合理性。3.同样运用合金法,结合电子探针分析(EPMA)和X射线衍射分析(XRD)等检测分析手段,测定Fe-Ti-Sn三元系1073K下等温截面。实验确定了9个三相区和5个两相区,建立了Fe-Ti-Sn三元系1073K下的相平衡关系。

关键词：相图合金法 CALPHAD方法 Fe-Ti-Bi三元系凝固通道 Fe-Ti-Sn三元系