多元Al合金扩散系数研究及扩散行为模拟

发布时间：2017-05-12 05:04

  本文关键词：多元Al合金扩散系数研究及扩散行为模拟，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：Al合金作为轻质结构材料,具有良好的力学性能、耐腐蚀性、热传导性和铸造性能,被广泛应用于微电子、汽车和航空等领域。在优化Al合金成分以及在热处理过程中了解温度、时间和成分对材料性质的影响时,相图热力学和扩散动力学发挥着至关重要的作用。目前,文献中已有各种多元合金热力学数据库的报道,但还没有相关扩散数据库的系统报道,对三元和多元合金尤其如此。一般来说,三元和多元合金的扩散系数实验数据十分有限,而且不同来源的数据经常不一致。研究表明：由各相的原子移动性参数和热力学因子可以建立多元系的扩散系数矩阵。原子移动性参数可以通过优化二元和三元系的实测扩散系数获得。 本论文以多组元铝合金中的Al-Cu-Mg-Mn-Ni-Zn体系为研究对象,力求建立部分重要合金子体系精准的扩散动力学数据库,主要研究内容有： (1)收集并严格评估了文献中关于Al-Mg,Cu-Mg和Al-Cu-Mg合金fcc相实测的各种扩散系数。采用耦合第一性原理、半经验公式和CALPHAD (CALculation of PHAse Diagram)的方法得到了Mg在Cu的fcc相中的杂质扩散系数。采用DICTRA (DIffusion Controlled TRAnsformation)软件建立了Al, Cu, Mg在Al-Cu-Mg合金fcc相中精准的原子移动性参数,在此基础上预测了一系列二元系和三元系的成分距离曲线和扩散通道,并与实验测定值对比来验证本工作所获得的原子移动性参数和扩散系数的可靠性。 (2)采用DICTRA软件在严格评估了文献中关于二元Cu-Mn,Ni-Mn, Cu-Ni, Mn-Zn体系和三元Cu-Mn-Ni, Cu-Mn-Zn, Ni-Mn-Zn体系fcc相实测的各种扩散系数的基础上,建立了Cu,Mn,Ni在Cu-Mn-Zn合金fcc相、Cu, Mn, Zn在Cu-Mn-Zn合金fcc相和Ni,Mn, Zn在Ni-Mn-Zn合金fcc相中的原子移动性参数。利用所得参数计算了二元和三元体系的杂质扩散系数、示踪扩散系数和互扩散系数,结果与实验值吻合得很好。利用原子移动性参数还预测了一系列二元系和三元系的成分距离曲线、扩散通量和扩散通道,重点分析了合金中柯肯达尔效应的原理,计算了柯肯达尔面迁移速率和迁移量。 (3)收集并严格评估了文献中关于四元Cu-Mn-Ni-Zn体系fcc相实测的互扩散系数和各种扩散行为信息。采用DICTRA次件在精确的二元和三元体系原子移动性参数的基础上合理外推到Cu-Mn-Ni-Zn四元系。在此基础上预测了一系列四元系扩散偶的成分距离曲线和三维空间中的扩散通道,并合理分析了合金扩散过程中的上坡扩散及零通量面等现象。
【关键词】：Al合金 扩散动力学 扩散系数 扩散行为
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TG146.21
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-29
• 1.1 引言11-12
• 1.2 材料设计12-13
• 1.3 扩散动力学13-22
• 1.3.1 扩散科学及其发展13-15
• 1.3.2 扩散原理15-19
• 1.3.3 扩散系数分类19-20
• 1.3.4 扩散系数的实验测定20-22
• 1.4 扩散动力学的计算22-27
• 1.4.1 CALPHAD简介22-23
• 1.4.2 动力学模型23-26
• 1.4.3 扩散动力学计算软件DICTRA26-27
• 1.5 本工作的选题背景与研究内容27-29
• 第二章 Al-Cu-Mg子体系的动力学研究29-46
• 2.1 Al-Cu-Mg体系研究背景29-30
• 2.2 Al-Cu-Mg体系原子移动性参数计算模型30-32
• 2.2.1 固溶体中的原子移动性参数模型30-31
• 2.2.2 半经验公式及第一性原理计算模型31-32
• 2.3 文献数据评估32-35
• 2.3.1 Al-Mg体系文献评估34-35
• 2.3.2 Cu-Mg体系文献评估35
• 2.3.3 Al-Cu-Mg体系文献评估35
• 2.4 优化结果与讨论35-45
• 2.4.1 Mg在fcc相Cu中的杂质扩散系数35-36
• 2.4.2 原子移动性的建立36-42
• 2.4.3 扩散行为模拟42-45
• 2.5 本章小结45-46
• 第三章 Cu-Mn-Ni子体系的动力学研究46-68
• 3.1 Cu-Mn-Ni体系研究背景46
• 3.2 Cu-Mn-Ni体系原子移动性参数计算模型46-49
• 3.2.1 固溶体中的原子移动性参数模型46-47
• 3.2.2 柯肯达尔面迁移模型47-49
• 3.3 文献评估49-52
• 3.3.1 Cu-Mn体系文献评估50
• 3.3.2 Ni-Mn体系文献评估50
• 3.3.3 Cu-Ni体系文献评估50-51
• 3.3.4 Cu-Mn-Ni体系文献评估51-52
• 3.4 优化结果与讨论52-67
• 3.4.1 原子移动性的建立52-62
• 3.4.2 扩散行为模拟62-67
• 3.5 本章小结67-68
• 第四章 Cu-Mn-Zn子体系的动力学研究68-77
• 4.1 Cu-Mn-Zn体系研究背景68
• 4.2 Cu-Mn-Zn体系原子移动性参数计算模型68-69
• 4.3 文献评估69-70
• 4.3.1 Mn-Zn体系文献评估70
• 4.3.2 Cu-Mn-Zn体系文献评估70
• 4.4 优化结果与讨论70-76
• 4.4.1 原子移动性的建立70-72
• 4.4.1.1 Mn-Zn体系71-72
• 4.4.1.2 Cu-Mn-Zn体系72
• 4.4.2 扩散行为模拟72-76
• 4.5 本章小结76-77
• 第五章 Cu-Mn-Ni-Zn子体系的动力学研究77-96
• 5.1 Cu-Mn-Ni-Zn体系研究背景77
• 5.2 Cu-Mn-Ni-Zn体系原子移动性参数计算模型77-80
• 5.2.1 固溶体中的原子移动性参数模型77-78
• 5.2.2 互扩散系数的扩散通量及零通量面78-80
• 5.3 文献评估80
• 5.4 优化结果与讨论80-94
• 5.4.1 原子移动性的建立80-81
• 5.4.2 扩散行为模拟81-94
• 5.5 本章小结94-96
• 第六章 研究总结及展望96-98
• 6.1 结论96
• 6.2 展望96-98
• 参考文献98-106
• 致谢106-107
• 攻读学位期间主要的研究成果107-108

【参考文献】

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本文编号：358805