Mn-Nd、MG-Mn-Nd及MG-Mn-Gd体系的相图实验测定及热力学优化计算

摘要

本工作是用实验测定和热力学优化的方法来研究Mn-Nd，Mg-Mn-Nd和Mg-Mn-Gd三元系的相图。在三元系Mg-Mn-Nd和Mg-Mn-Gd的测量中，我们用相图热力学计算(CALPHAD)的方法来外推计算三元相图，选取关键合金，Mn-Nd二元系的合金用电弧炉熔炼，镁合金样品被放入密封的Ta管中，在马弗炉中通过液-固扩散来获得均匀的合金。通过对平衡态或铸态样品进行显微分析、X射线衍射（XRD）、扫描电镜及能谱(SEM/EDS)和差示扫描量热(DSC)等的检测，综合分析所有的实验结果，绘制了Mn-Nd二元相图、Mg-Mn-Nd和Mg-Mn-Gd体系400℃等温截面。在综合考虑所有的实验结果和评估文献的基础上，对Mn-Nd二元系及Mg-Mn-Nd和Mg-Mn-Gd三元系进行热力学优化计算。主要研究工作如下:
　　1.测定了Mn-Nd二元系，没有检测到Mn17Nd2相;从EDS的结果推测Mn23Nd6和Mn2Nd的共析分解温度分别为＞500℃和＞400℃。
　　2.绘制了Mg-Mn-Nd三元系400℃等温截面相图，没有发现三元化合物的存在。该截面共有6个单相区，9个两相区和4个三相区，存在3个二元相:Mg41Nd5、Mg3Nd和MgNd，它们均没有第三组元的固溶度。
　　我们还在700℃配制了三个样品用以研究Mg2Nd相，发现它在高温有相当大的Mn的固溶度(至少为11.4 at.％ Mn)，在三相区，它的分解温度约为630℃。
　　3.绘制了Mg-Mn-Gd三元系的400℃等温截面相图，没有发现三元化合物的存在。两个二元化合物Mg2Gd和MgGd存在Mn的固溶，其最大固溶度分别约为10和15at.％Mn。该截面共有10个单相区，17个两相区和8个三相区。
　　4.在评估实验结果及文献数据的基础上，对边际Mn-Nd二元系及Mg-Mn-Nd和Mg-Mn-Gd三元系进行热力学优化计算，得出了各个体系的热力学参数。
　　总而言之，我们的工作为镁合金的新材料开发和应用提供宝贵的相图及热力学参数。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 镁合金的应用

1．2．1 镁合金在航天航空的应用

1．2．2 镁合金在汽车工业的应用

1．2．3 镁合金在3C电子产品中的应用

第二章 相图及测定方法

2．1 相图及其应用

2．1．1 相图

2．1．2 相图的应用

2．2 样品的制备

2．2．1 样品的制备方法

2．2．2 样品的热处理

2．3 相图的实验测定方法

2．3．1 金相显微镜

2．3．2 X射线衍射

2．3．3 扫描电镜及能谱

2．3．4 热分析

2．4 相图的计算方法

2．3．1 纯组元的热力学描述

2．3．2 溶体相的热力学模型

2．3．3 亚点阵模型

2．3．4 有序-无序转变模型

第三章 Mn-Nd二元系及Mg-Mn-Nd三元系的相图实验测定和热力学优化计算

3．1 引言

3．2 Mn-Nd二元系

3．2．1 文献数据评估

3．2．2 样品的制备及检测

3．2．3 实验结果及讨论

3．2．4 热力学模型

3．2．5 计算结果讨论

3．2．6 小结

3．3 Mg-Mn二元体系

3．4 Mg-Nd二元体系

3．5 Mg-Mn-Nd三元系

3．5．1 样品的制备及检测

3．5．2 实验结果及讨论

3．6 热力学计算

3．7 小结

第四章 Mg-Mn-Gd体系的相图测定和热力学计算

4．1 引言

4．2 文献数据评估

4．2．1 Mg-Mn二元体系

4．2．2 Mg-Gd二元体系

4．2．3 Mn-Gd二元体系

4．2．4 Mg-Mn-Gd三元系

4．3 相图的实验测定

4．3．1 样品的制备及检测

4．3．2 实验结果及讨论

4．4 热力学计算及结果讨论

4．5 小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文