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Al2O3-MgO-SiO2-CaO氧化物体系的相图热力学研究

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Al2O3-MgO-SiO2-CaO氧化物体系的相图热力学研究

作者：马天一中南大学

学位级别：硕士

大宗工业固体废弃物中90%的矿物组分以铝硅酸盐形式存在,AlO、MgO、SiO、CaO、FeO和NaO是其中重要的氧化物组分。AlO-MgO-SiO-CaO体系是煤矸石、粉煤灰等典型工业固废中的主要成分体系,对该体系的相图热力学研究可以为固体废物材料重构... 详细信息

大宗工业固体废弃物中90%的矿物组分以铝硅酸盐形式存在,AlO、MgO、SiO、CaO、FeO和NaO是其中重要的氧化物组分。AlO-MgO-SiO-CaO体系是煤矸石、粉煤灰等典型工业固废中的主要成分体系,对该体系的相图热力学研究可以为固体废物材料重构转化提供关键的基础数据。本工作结合关键实验研究,基于CALPHAD方法进行热力学评估与计算,对AlO-MgO-SiO-CaO体系开展了相图热力学研究。本工作是构建AlO-MgO-SiO-CaO-FeO-NaO六元体系热力学数据库的重要部分。该数据库将作为开展大宗铝硅酸盐固废材料化设计与高值化应用研究的重要理论基础,进而为工业过程调控和材料化新方法的研究提供指导。主要研究工作概括如下:(1)基于对文献报道的相图数据和热力学数据的严格评估,本工作采用CALPHAD方法对关键子体系AlO-MgO二元系重新进行了热力学优化,获得了一套自洽的热力学参数。在此基础上,根据可靠的实验数据对AlO-MgO-SiO体系进行了热力学优化,计算结果与实验数据吻合良好,说明本工作获得的AlO-MgO-SiO体系热力学参数是合理的。(2)实验制备了AlO-MgO-CaO三元系的关键样品,研究了该体系1350°C等温截面。基于本工作获得的AlO-MgO二元系热力学参数,结合文献中的相图数据及本工作获得的实验数据,对AlO-MgO-CaO三元系进行了热力学优化,获得的热力学参数可合理地描述该体系。在以上工作基础上,结合文献报道的AlO-SiO-CaO和CaO-MgO-SiO三元系热力学参数,建立了AlO-MgO-SiO-CaO四元体系热力学描述。本工作是构建多组元氧化物体系热力学数据库的重要基础,能更好地指导材料成分设计、制备工艺的改进,有利于提升固废资源综合利用过程中的附加值,达到更高的经济效益,更好地贯彻落实可持续发展的思想。图38幅,表9个,参考文献153篇

关键词： Al2O3-MgO-SiO2-CaO Al2O3-MgO二元系相图热力学等温截面 CALPHAD 大宗工业固废

Fe-M和Ti-M(M=Li,Na,K)体系的相图热力学研究

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热加工工艺 2016年第16期45卷 52-57页

作者：胡标王少卿周鹏杜勇王庆平闵凡飞安徽理工大学材料科学与工程学院安徽淮南232001 中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083

基于已有的试验数据,采用相图计算法对Fe-M和Ti-M(M=Li,Na,K)体系进行相图热力学研究。通过热力学优化计算获得了一套描述液相、(αFe)、(γFe)、(δFe)、(αTi)、(βTi)、(Li)、(Na)和(K)相的热力学参数。Ti-Li、Ti-Na和Ti-K体系中的... 详细信息

基于已有的试验数据,采用相图计算法对Fe-M和Ti-M(M=Li,Na,K)体系进行相图热力学研究。通过热力学优化计算获得了一套描述液相、(αFe)、(γFe)、(δFe)、(αTi)、(βTi)、(Li)、(Na)和(K)相的热力学参数。Ti-Li、Ti-Na和Ti-K体系中的气相视为理想气体。计算数据与试验相图数据对比表明,本文获得的热力学参数能准确描述试验相平衡数据。

关键词： Fe-M(M=Li,Na,K) Ti-M(M=Li,Na,K) CALPHAD方法相图热力学

二元相图热力学综合分析中的溶体次正规模型的修正

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科学通报 1985年第1期30卷 30-32页

作者：詹季虞华中师范学院武汉

一、引言不同的多组元相的合成物的热力学关系必须表作组元成份和温度的函数,这种关系已被用各种相互模型描述。理想溶体模型假设溶体的克分子过剩吉布斯能量G~E为零。Hildebrand假定二元溶体

关键词：溶体正规模型相图热力学常数数学次正规

MoNbTaWHfZr高温高熵合金第三代热力学描述

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MoNbTaWHfZr高温高熵合金第三代热力学描述

作者：张恩宽河北工业大学

学位级别：硕士

高温高熵合金是基于高熵合金的设计理念,由难熔元素组成的一种新型高熵合金,不仅具备高熵合金的良好力学性能,而且作为高温合金具有优异的高温性能,在航空航天等领域极具应用前景。但当前针对高温高熵合金的研发仍处于“试错”式的实验... 详细信息

高温高熵合金是基于高熵合金的设计理念,由难熔元素组成的一种新型高熵合金,不仅具备高熵合金的良好力学性能,而且作为高温合金具有优异的高温性能,在航空航天等领域极具应用前景。但当前针对高温高熵合金的研发仍处于“试错”式的实验探索阶段。随着材料设计理论和计算方法的发展,基于精准相图热力学信息的热力学计算CALPHAD(CALculation of PHAse Diagram)为高性能合金的高效设计提供了新思路。但目前文献中有关高温高熵合金热力学数据库的报道还相对较缺乏。据此,本论文以高温高熵合金中常见的添加元素组成的Mo-Nb-Ta-W-Hf-Zr六元系为研究对象,采用CALPHAD方法建立体系的第三代热力学数据库,并采用热力学计算对高温高熵合金中的相稳定性进行了分析。所取得的研究成果如下:(1)结合分段回归模型、Two-State模型和热空位描述完善了纯元素第三代热力学模型;收集并评估了文献中报道的Mo、Nb、Ta、W、Hf和Zr纯元素的热力学性质及空位浓度等实验数据;采用第三代热力学模型建立了上述元素固相和液相在整个温度区间的Gibbs自由能表达式。计算得到的热容、焓值、能量及热空位等均可很好的符合实验数据,验证了本工作所建立的纯元素第三代热力学描述的可靠性。(2)评估了文献中报道的Mo-Nb-Ta-W-Hf-Zr六元系中15个边际二元系和14个边际三元系的相平衡信息和热力学性质等实验数据;结合本工作建立的纯元素的第三代Gibbs自由能表达式,采用CALPHAD方法对边际二元和三元体系进行了热力学优化。计算得到的二元和三元相平衡信息、热力学性质等均可很好的符合实验信息。并采用热力学外推建立了Mo-Nb-Ta-W-Hf-Zr体系热力学数据库。(3)基于外推得到的热力学数据库对Mo-Nb-Ta-W和Mo-Nb-W-Zr四元体系的相平衡信息进行计算,综合对比实验数据验证了热力学数据库的可靠性;并基于Scheil凝固模型对MoNbTaW和MoNbTaWZr高温高熵合金的非平衡凝固过程进行预测,分析元素在合金中的分布,对比实验结果进一步验证了数据库的可靠性;最后采用热力学计算对Mo-Nb-Ta-W-Hf-Zr体系中包含的15个边际四元高熵合金、6个边际五元高熵合金和MoNbTaWHfZr六元高熵合金的相稳定性进行了预测和分析。

关键词：相图热力学高温高熵合金 CALPHAD方法第三代热力学描述相稳定性计算

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稀土相图热力学计算通过鉴定

稀土信息 1994年第Z1期 7-7页

作者：朝克图

由包钢稀土研究院王纪鑫高工独立完成的“稀土相图热力学计算”课题经过七年的钻研于1994年3月7日通过了由冶金部组织的技术鉴定。

关键词：稀土资源相图热力学包钢稀土相图计算技术鉴定缔合溶液模型相平衡热力学函数热力学数据国际冶金

多元Al合金的热力学和热物理数据库的建立及凝固过程显微组织演变的模拟

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中国材料进展 2010年第6期29卷 28-39页

作者：杜勇徐洪辉孔毅刘树红张利军赵冬冬李一为王培生金展鹏黄伯云中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083

介绍了相图热力学及热物理性能数据库的建立方法;综述了国内外学者构筑多元Al合金相图热力学和热物理性能数据库的研究工作。并介绍了使用相场方法,使用热力学和热物理性能数据库模拟多元Al合金凝固时显微组织演变的几个实例。最后展望... 详细信息

介绍了相图热力学及热物理性能数据库的建立方法;综述了国内外学者构筑多元Al合金相图热力学和热物理性能数据库的研究工作。并介绍了使用相场方法,使用热力学和热物理性能数据库模拟多元Al合金凝固时显微组织演变的几个实例。最后展望了新一代热力学和热物理性能数据库建立及凝固过程显微组织演变定量模拟未来的可能发展方向。

关键词：相图热力学热物理性能相场方法显微组织凝固

Ti-Al-Fe-V四元系热力学评估及其在新型钛合金研制中的应用

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Ti-Al-Fe-V四元系热力学评估及其在新型钛合金研制中的应用

作者：王静上海大学

学位级别：硕士

钛及钛合金具有密度小、比强度高、无磁,良好的耐腐蚀性能和生物相容性等,在航空、航天、车辆工程、生物医学工程等领域具有非常重要的应用价值和广阔的应用前景。作为仅次于铝铁镁的第四位富有资源,因其生产工艺复杂、周期长、能耗高... 详细信息

钛及钛合金具有密度小、比强度高、无磁,良好的耐腐蚀性能和生物相容性等,在航空、航天、车辆工程、生物医学工程等领域具有非常重要的应用价值和广阔的应用前景。作为仅次于铝铁镁的第四位富有资源,因其生产工艺复杂、周期长、能耗高、成材率低等原因造成了钛材昂贵的生产价格,限制了钛及其合金体系的发展与应用。降低钛合金成本的重要途径之一就是使用廉价原材料(合金元素)来替代昂贵合金元素,如采用Fe,Cr,Mn等元素替代V,Nb,Mo等。目前,已有许多学者使用该方法来设计制备低成本钛合金,且取得了良好的结果。因此对Ti-Al-Fe-V四元热力学数据库的评估优化,并利用此数据库对该体系的低成本高性能钛合金的设计和制备提供理论上的指导,具有重要的研究意义。本次研究中,我们使用CALPHAD方法优化了Ti-Fe-V和Al-Fe-V三元系,并在前人的工作基础上建立了Ti-Al-Fe-V数据库。而后根据数据库讨论了V、Fe比例为3.5:1的α、β和α+β新型钛合金的成分范围,并使用该数据库结合Al-Mo当量设计并制备了一种新型α+β型钛合金Ti-4.5Al-10.5V-3Fe。得到如下结果:(1)基于文献最新报道的Ti-V、Ti-Fe、V-Fe、Al-Fe、Ti-Al和Al-V二元体系,收集Ti-Fe-V和Al-Fe-V三元系相关的所有文献数据,确定两个三元系中各相模型,liquid、bcc、fcc、hcp等固溶体模型为(Ti/Al,Fe,V),AlFe、AlFe、AlV、AlV和AlV等线性化合物的模型通式为Al(Fe,V),Laves C14相的模型为(Fe,Ti,V)(Fe,Ti,V),B2相模型为(Ti/Al,Fe,V)(Ti/Al,Fe,V),L2相模型为(Al,Fe,V)(Al,Fe,V)0.(Fe),金属间化合物AlV、AlV、AlFe、AlFe和sigma相模型分别为Al(Al,Fe,V)(Al,Fe,V)V,(Al,Fe)(Al,Fe,V),Al(Fe,V)(Al,Va),(Al,Fe,V)(Al,Fe)和FeV(Ti/Al,Fe,V),并根据实验数据的评估结果完成了两个三元系的评估和优化,该评估结果与大部分实验结果吻合地很好。(2)将四个子三元体系外推建立了Ti-Al-Fe-V四元系热力学数据库,为避免产生脆性相及考虑到合金成本问题,将V:Fe比例确定为3.5:1,并计算了此比例下Al含量分别为0%,3.0%,4.5%和6%的伪二元截面,该结果可为设计α型,α+β型和β型钛合金提供理论指导。(3)结合Al-Mo当量和计算的伪二元面设计了一种新型α+β型钛合金Ti-4.5Al-10.5V-3Fe,并使用水冷铜坩埚成功制备了目标合金。该合金经885℃下轧制,815℃固溶1h,510℃时效8h等处理后,在β相基体的晶界和晶内上大量析出细小弥散的次生α相,获得的组织与设计期望一致。室温力学性能测试发现,Ti-4.5Al-10.5V-3Fe合金的抗拉强度能够达到1085.10 MPa,延伸率为15.5%,与同类型合金Ti1023相比,强度略低但塑性更优,综合性能良好,是一种具有很大发展潜力的高性能钛合金。同时根据课题组之前完成的Ti-Al-Fe-Cr数据库设计了α+β型合金Ti-3Al-8.5Cr-2Fe,经轧制和热处理后抗拉强度可达985.9 MPa,延伸率为19.6%。

关键词： Ti-Al-Fe-V 相图热力学新型钛合金材料设计

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成果专著

自然科学进展 2003年第3期 20+36+95+114-20+36+95+114页

国家自然科学基金研究专著《食草动物胃肠弛缓》李毓义等编著吉林大学出版社定价:17.00元草食动物胃肠弛缓系兽医临床上常见多发的一大类疾病群,国内外现有书刊一直没有把它作为独立的病理单元加以记载和论述。作者在“六五”和“... 详细信息

国家自然科学基金研究专著《食草动物胃肠弛缓》李毓义等编著吉林大学出版社定价:17.00元草食动物胃肠弛缓系兽医临床上常见多发的一大类疾病群,国内外现有书刊一直没有把它作为独立的病理单元加以记载和论述。作者在“六五”和“八五”期间先后承担国家自然科学基金和军队医药卫生科研基金项目,以提出的草食动物胃肠弛缓病理学概念为依据,结合长期临床诊疗实践和最新科研成果,按病因归类专题加以著述。具有较大的理论学术意义和实践作用。本书可作为畜牧、兽医专业的教学、科研和医疗人员参考。

关键词：胃肠弛缓计算机成图国家自然科学基金相图热力学草食动物科研基金项目专著企业信息系统食草动物疾病群国际比较兽医临床

Ag-X（X=Pu,Sm,B,Fe）、Cu-Cr-Ti和Cu-Cr-Si体系的相图计算和实验测定

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Ag-X（X=Pu,Sm,B,Fe）、Cu-Cr-Ti和Cu-Cr-Si体系的相图计算和实验...

作者：蒋宇安徽理工大学

学位级别：硕士

铜及铜合金具有高导热性、高导电性、高抗腐蚀性、易加工性和良好的力学性能,常被制作成各种电子材料及结构部件,广泛应用于电气、电子、航空、航天、军事等领域。近年来,随着电子信息产业的迅猛发展,对铜合金的导电性、导热性和强度提... 详细信息

铜及铜合金具有高导热性、高导电性、高抗腐蚀性、易加工性和良好的力学性能,常被制作成各种电子材料及结构部件,广泛应用于电气、电子、航空、航天、军事等领域。近年来,随着电子信息产业的迅猛发展,对铜合金的导电性、导热性和强度提出了愈来愈苛刻的要求。然而,提高铜合金的强度往往以损失电导率为代价。如何在大幅度提高铜合金强度的同时,尽量保持其高导电性是现代铜加工业发展的重要课题。少量的Ag使铜的电导率和热导率下降不多,但显著提高铜的再结晶温度与蠕变强度。稀土元素的加入可显著改善铜的力学性能,细化晶粒,提高铜的高温塑性。Cu-Cr基合金是高强高导型合金,Cr能细化析出相的尺寸,提高了合金的抗软化性能。掌握相关二元系和三元系相平衡信息为设计新型高性能铜合金提供重要的理论依据。论文采用相图计算(CALPHAD:CALculation of PHAse Diagrams)方法,借助 Thermo-Calc 软件,对 Ag-X(X=Pu,Sm,B,Fe)4个二元系进行了相图热力学计算研究;通过配制关键实验,采用X射线衍射和扫描电镜测定了 Cu-Cr-Ti和Cu-Cr-Si体系的等温截面,主要取得以下成果:(1)基于文献报道的Ag-X(X=Pu,Sm,B,Fe)二元系的实验相平衡数据,采用置换溶液模型对液相、bcc(εPu、γSm、αFe 和δFe)、hcp(βSm 和εFe)、fcc(Ag、δPu和γFe)等固溶体相进行建模,采用亚点阵模型对Ag51Pu]4、Ag2Pu、Ag51Sm14、Ag2Sm、AgSm、AgB2等二元化合物进行描述。采用CALPHAD方法,对Ag-X(X=Pu,Sm,B,Fe)体系进行了相图热力学计算,首次获得了一套自洽的热力学参数。通过与实验数据比较,本工作获得的热力学参数可准确描述实验相平衡数据。(2)为获得Cu-Cr-Ti三元系800℃和600℃等温截面,基于实验-模拟互补法,分别制备了 12和8个关键合金,采用X射线衍射和扫描电镜测定了 Cu-Cr-Ti三元系的相平衡关系。经分析可得,800 ℃等温截面测定了 4个三相区:(Cu)+Cr2Ti+Cu4Ti、Cr2Ti+Cu3Ti+(βTi)、Cr2Ti+Cu3Ti+CuTi2 Cr+Ti+Cu4Ti3;3个两相区:(Cr)+Cu4Ti3、(βTi)+CuTi3和(βTi)+Cr2Ti 600℃C 等温截面测定了 3 个三相区:(Cr)+(Cu)+Cu3Ti、CuTi3+Cr2Ti+(βTi)和(Cr)+Cu3Ti+Cr2Ti;2 个两相区:(Cr)+Cr2Ti 和(βTi)+Cr2Ti。(3)为获得Cu-Cr-Si三元系700℃和800℃等温截面,基于实验-模拟互补法,分别制备了 7和8个关键合金,采用X射线衍射和扫描电镜测定了 Cu-Cr-Si三元系的相平衡关系。经分析可得,700℃等温截面测定了 3个三相区:(Si)+Cr3Si+Cu4Si、(Cr)+Cu3Si+Cu4Si 和(Si)+Cu4Si+CrSi;2 个两相区:Cu3Si+CrSi和(Cr)+Cr2Ti。800℃等温截面测定了 1个三相区:(Si)+Cu5Si+Cu3Si;2个两相区:(Cu)+Cr5Si3 和 Cu4Si+CrSi。图[44]表[9]参[96]

关键词：相图热力学 Cu合金 CALPHAD方法 SEM XRD