Ni-Fe-Ti,Co-Cr-Ti和Co-Cr-Al三元系中fcc相的原子迁移率研究

摘要

伴随着社会和经济的发展，人们对能满足更高要求和更恶劣环境的高性能材料的需求越来越高。Ni基合金和Co基合金由于具有良好的抗腐蚀性、耐高温性以及高硬度，在制造在极端环境下工作的关键部件中备受关注，Ni基和Co基合金在工业领域的应用会越来越广泛。由于对镍基和钴基合金研究的迫切需要，了解镍基和钴基合金的热力学和动力学性能显得不可或缺。当前对于Ni基和Co基合金的多元动力学研究还是很缺乏的，本研究旨在完善Ni基合金和Co基合金动力学数据库即得到他们的原子迁移率参数。
　　本研究将会收集现有的一些重要的Ni基和Co基合金的热力学数据，利用CALPHAD中的DICTRA软件，对Ni-Fe-Ti, Co-Cr-Ti和Co-Cr-Al三元合金的原子扩散行为进行研究，将实验得到的互扩散系数和成分曲线与理论计算得到的数据进行对比，确保得到准确的Ni基和Co基合金的原子迁移率参数，从而弥补三元Ni基和Co基合金动力学数据的空白，为新材料的研究提供数据的支持。利用热力学和动力学数据库，进行计算机模拟，让我们可以预测合金微观组织、结构以及性能。
　　实验制得Ni-Fe-Ti扩散偶（在1573K下退火保温50小时）试样，用电子探针检测试样的成分曲线，继而得到合金互扩散系数。结合文献上报导的Ni-Fe-Ti三元体系热力学数据，利用DICTRA软件来优化该三元合金的原子迁移率。并利用DICTRA软件计算实验条件下的扩散曲线，验证得到的Ni，Fe和Ti在富Ni区域原子迁移率的准确性。
　　为了得到Co-Cr-Ti合金fcc相的原子迁移率，首先由在1323K温度100小时保温扩散偶试样通过检测计算出互扩散系数，结果输入DICTRA的Parrot模块进行分析获得Co，Cr和Ti的原子迁移率。用获得的Co，Cr和Ti在Co-Cr-Ti合金中的原子迁移率参数动力学模拟扩散偶的成分曲线来进一步验证。
　　用CALPHAD技术获得fcc Co-Cr-Al合金相关动力学数据。根据实验测得扩散系数并结合文献报导的热力学参数，通过DICTRA软件的计算得到Co-Cr-Al合金的原子迁移率。通过综合比较实验及计算获得的互扩散系数来验证原子迁移率的准确性，获得的原子迁移率参数可以对扩散行为进行预测，并得到扩散路径和成分曲线。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 材料设计方法

1．2 相图计算

1．2．1 相图热力学模型

1．2．2 热力学软件

1．3 扩散动力学

1．3．1 扩散原理

1．3．2 扩散微观机制

1．4 建立动力学数据库

1．4．1 原子迁移率模型

1．4．2 DICTRA软件

1．5 研究背景及内容

1．5．1 研究背景

1．5．2 研究内容

第二章 实验方案

2．1 实验方案确定

2．2 实验设备

2．2．1 真空感应熔炼炉

2．2．2 STX-202A型金刚石线切割机

2．2．3 真空热压烧结炉

2．2．4 箱式气氛炉

2．2．5 电子探针(EPMA)

第三章 Ni-Fe-Ti fcc相原子迁移率的研究

3．1 扩散方法论

3．1．1 模型介绍

3．1．2 互扩散系数的计算

3．2 实验过程

3．3 实验结果与讨论

3．4 本章小结

第四章 Co-Cr-Ti fcc相的原子迁移率的研究

4．1 扩散方法论

4．1．1 模型介绍

4．1．2 互扩散系数的计算

4．2 实验方法

4．3 结论与讨论

4．3．1 互扩散系数和原子移动性参数

4．3．2 扩散图和扩散路径

4．4 本章小结

第五章 Co-Cr-Al fcc相原子迁移率的研究

5．1 扩散方法论

5．1．1 模型简介

5．1．2 互扩散系数的计算

5．2 实验

5．3 结论与讨论

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢