Thermodynamic optimization of the DyCl_3-KCl and DyCl_3-CaCl_2 systems

From the measured phase diagram data and experimental thermochemical properties, the DyCl3-KCl and DyCl3-CaCl2 phase diagrams were optimized and calculated by the CALPHAD technique. The Gibbs energies of liquid phase in the two systems has been optimized and calculated by new modified quasi-chemical model in the pair-approximation for short-range ordering, and a series of thermodynamic functions has also been optimized based on an interactive computer-assisted analysis. The results showed that the calculated phase diagrams and thermodynamic data were serf-consistent.

Pt-Al-Cr体系的相图集成建模与计算

Pt基高温合金是一类力学性能和抗氧化性优异的高温合金,开发相关的热力学数据库是进行该类合金设计的必要前提。本文系统整理和评估了Pt-Al-Cr体系热力学数据、相图的实验数据和第一性原理计算数据,计算了Pt-Al、Pt-Cr和Al-Cr的混合焓和形成焓等热力学性质,计算得到的相图和热力学性质与实验数据和第一性原理计算数据吻合较好。在此基础上,结合相图计算方法(CALPHAD)通过热力学外推优化建立Pt-Al-Cr三元体系的成分-温度相图模型。使用该模型计算Pt-Al-Cr体系液相面投影图和873.15、1073.15、1273.15 K的等温截面图,热力学计算结果与实验数据吻合较好。

相图计算的研究进展

相图计算已经成为材料设计、冶金和化工等过程模拟的重要工具,越来越受到人们的重视。概述了相图计算(CALPHAD)的发展现状,重点强调了相图计算中描述有序相的模型、量子力学第一性原理与相图计算方法的结合和热力学与动力学的结合,并简要预测了今后相图计算的发展方向。

高性能铜合金热力学数据库的开发及其在材料设计中的应用

利用相图计算(CALPHAD)方法,采用亚规则溶体模型描述溶体相的吉布斯自由能,采用亚点阵模型描述金属间化合物和有序相的吉布斯自由能,并结合相平衡和热力学性质的实验数据,优化与计算Cu-X二元系以及Cu-Fe、Cu-Ni、Cu-Cr、Cu-Co、Cu-Mo和Cu-W基各三元系的相图,获得自洽性良好的热力学参数,并建立铜合金热力学数据库。该数据库可以提供稳定和亚稳的相图计算、相分数计算、液相面计算、热力学性质的计算等多种信息,为外推计算铜基多元合金系的相平衡提供理论基础,并为高性能铜合金材料的设计及制备提供重要的理论指导。

材料科学研究中常用的热力学模型评述

热力学模型在材料科学的理论研究中具有重要的作用,在实践中具有指导和预测作用,大大避免了实践中的盲目性。文章介绍了材料科学研究中常用的热力学模型:理想溶液近似、正规溶液近似、双亚点阵模型、团簇变分法等,分析了各种热力学模型的特点及应用,强调了相图计算在材料科学研究中的重要性。

W-Zr体系的热力学优化

综合评估了W Zr体系的实验结果。采用Redlich Kister多项式描述体系液相、bcc和hcp相的过剩自由焓。利用第一性原理和德拜理论得到化合物W2 Zr的自由焓 ,并结合选取合理的实验数据 ,优化得到W Zr二元体系各相的热力学参数 ,用优化结果计算的相图与实验结果吻合较好。

采用计算相图构建的Ge-Pd体系热力学模型

针对Ge-Pd体系实验测定的相图难以外推到多元体系的问题,提出采用计算相图(Calphad)技术构建Ge-Pd体系的热力学模型。Ge-Pd体系中不同类别的相采用不同的热力学模型描述,其中纯组元Ge对Pd几乎不存在固溶度,可直接采用欧洲热力学研究组发布的热力学模型;液相和端际固溶体(Pd)采用溶体模型描述;化学计量比化合物GePd、GePd_2和Ge_8Pd_(21)采用线性化合物模型描述;非化学计量比化合物Ge_9Pd_(25)、GePd_3、α-GePd_5和β-GePd_5采用亚点阵模型描述其成分区间。对于各相的热力学模型参数,利用已有的液相混合焓、液相混合熵、不变反应的温度和成分等实验数据进行优化,获得了Ge-Pd体系中一套自洽的热力学模型。采用该热力学模型的计算结果与大部分实验数据相吻合,可外推至多元体系,从而可为Ge基多元体系的热力学数据库构建、材料成分设计和制备工艺优化提供依据。

新一代溶液几何模型中的关键参数——偏差函数的性质

溶液几何模型是计算多元系溶液、熔体性质的有力工具。几何模型经过发展,已经积累了丰富的计算方法。经过总结和创新,发展出了新一代几何模型。首先提供了溶液几何模型的简明计算图式。通过Sb-Ga二元合金熔体体系与Cu2S-FeS-Ni3S2三元熔融硫化物体系性质计算,分别指出了传统溶液几何模型中对称模型与非对称模型各自的理论缺陷。证明了新一代几何模型在理论上优于传统几何模型。并结合二元完全互溶体系热力学性质之间的关系,分析了新一代溶液几何模型引入的重要参数,针对偏差函数在新一代几何模型中的意义进行了探讨。通过计算与实例明确提出偏差函数的正定性与对称性两个重要性质,并将偏差函数性质数学化。提出了研究热力学函数之间关系的新思路,为几何模型的进一步发展做好必要的理论准备。

Zr-X(X=Li,Na,K,Sc,Hf)体系的二元相图理论研究

采用相图计算(CALPHAD:Calculation of phase diagrams)方法对Zr-X(X=Li,Na,K,Sc,Hf)5个二元体系进行了相图热力学研究.基于实验数据,通过热力学优化计算获得了一套描述液相及(αZr),(βZr),(Li),(Na),(K),(αSc),(βSc),(αHf)和(βHf)相的热力学参数.Zr-Li,Zr-Na和Zr-K体系中的气相视为理想气体.与实验相图数据对比发现,本文获得的热力学参数能够准确地描述实验相平衡数据.

Gd-Ni二元相图计算

采用CALPHAD技术优化计算了Gd－Ni二元相图．液相用Redlich－Kister多项式次规则溶液模型描述，端际固溶体β－Gd，α－Gd，α－Ni分别处理为纯组元bccGd，hcpGd，fccNi．采用热力学评估了如下9个定比化合物：Gd3Ni（1006．39K，包晶分解），Gd3Ni2（941．07K，包晶分解），GdNi（1553．15K，同成分熔化），GdNi2（1280．10K，包晶分解），GdNi3（137．99K，包晶分解），Gd2Ni7（1474．28K，包晶分解），GdNi4（1544．44K，包晶分解），GdNi5（1753．15K，同成分熔化）和Gd2Ni17（1553．82K，包晶分解）；热力学计算了3个共晶反应：Gd3Ni－Gd3Ni2（904．97K，31．53％Ni，原子分数，下同），GdNi－GdNi2（1232．60K，57．06％Ni）和Gd2Ni17－Ni（1521．08K，96．24％Ni）．计算结果与相图大部分实验结果在实验误差范围内相吻合．

基于CALPHAD方法电工合金微结构设计研究进展

利用热力学数据库和相图计算进行材料成分设计,可以有效减少实验时间,缩短开发周期,为新型铜铬系合金提供理论指导。使用动力学数据库模拟材料在热处理过程中的第二相尺寸、元素浓度以及析出相等相关信息,能够为热处理工艺制定提供计算指导。介绍了CALPHAD方法发展历程及研究方法,综述了基于CALPHAD方法对电工合金微结构设计及制备工艺优化的研究进展,并指出了应用发展方向。

基于热力学模拟计算的CLF-1钢改良设计

使用Thermo-Calc软件计算CLF-1钢中平衡析出相的成分和含量,研究了各平衡相中的元素分布随温度变化的规律、主元素对各相析出量、析出温度的影响,以及元素在各平衡相之间分配的规律;用透射电子显微镜(TEM)表征了添加Ti元素后析出相的尺寸和数密度。热力学计算结果表明:TaC相中C的分配量只占M23C6中C分配量的约3.3%。C元素的不均匀分配,是CLF-1钢中MX相析出量较低的主要原因之一;在不引入其它强碳化物形成元素的情况下,无法用提高C含量的方式使MX相中C的分配量提高;Cr含量的提高会降低TaC的析出温度,因此其含量不宜超过8.8%;W含量的提高会降低MX析出量,因此不宜超过1.5%;Mn元素对各析出相都没有显著的影响;N含量不宜超过0.02%;在CLF-1钢中添加0.2%Ti可使MX相在650℃的析出量提高9倍,C的分配量提高15倍。实验结果表明:0.2%的Ti元素可使M23C6的数密度降低21.5%,平均尺寸减小20 nm,并使MX相数密度提高4.7倍。这些结果,有力地验证了Ti元素对MX相析出的促进作用。