Ni-Al-RE(RE=La,Nd,Pr)体系热力学研究

来源 :江西理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangshilei19850715
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镍基高温合金因其具有优异的高温性能,如高温强度、抗蠕变性、抗疲劳性、抗氧化性和耐热腐蚀被广泛用于现代航空发动机的动力涡轮机叶片中。镍基高温合金的优异性能归功于添加Al、Mo、Cr、W、V和Ti等元素。除了这些元素,发现添加少量(ppm级)的稀土元素能显著提高合金的高温抗氧化性、耐腐蚀性,同时机械性能也提高。然而,过量添加会增加形成拓朴密堆相的趋势和富稀土相的出现从而使合金性能劣化,因此控制稀土的添加量十分重要。利用热力学数据库和相图计算进行材料设计,可以有效减少实验时间,缩短开发周期,为新型镍基高温合金设计提供理论指导。然而,关于含有稀土元素的多组分镍基合金的相图计算研究很少。因此,建立含有稀土元素的多组分镍基高温合金数据库,为新型镍基高温合金的开发提供理论指导具有重要意义。本工作主要通过CALculation of PHAse Diagram(CALPHAD)相图计算方法对Ni–Al–La、Ni–Al–Nd和Ni–Al–Pr三元体系及其相应的子体系进行热力学评估,且使用平衡合金法对Ni-Al-La体系进行相图测定,为含有稀土元素的多组分镍基高温合金热力学数据库的建立提供基础。本论文的主要结果如下:1)测定了Ni-Al-La体系在富镍角800和1000℃的相平衡,结合扫描电子显微镜,能量色散X-射线光谱,X射线衍射手段测定了Al在Ni5La相中的溶解度,在800℃为23.53 at.%,在1000℃为19.84 at.%。2)实验测定Ni–Al–La体系在800℃的相关系时,发现一个新的三元金属间化合物Ni2AlLa。对X射线衍射图谱进行结构解析,然后结合选区电子衍射测定了Ni2AlLa金属间化合物的晶体结构为三方晶系,空间群为R3(no.146),晶格参数为a=4.1985?,c=13.6626?。3)考虑了La在fcc(Al)和fcc(Ni)的溶解度,重新优化了Al–La和Ni–La二元体系热力学数据库。根据文献数据和本研究的实验数据,使用CALPHAD方法建立了Ni–Al–La体系热力学数据库。4)基于文献中优化的Al–Nd二元体系不能很好的再现文献实验数据,此次工作重新评估了Al–Nd二元体系,并采用CALPHAD技术建立该体系的热力学数据库。本研究优化计算的平衡反应和焓变等反应与文献报道相吻合。5)利用本次建立的Al–Nd体系数据库和文献报道的Ni–Nd体系数据库,结合本组之前建立的Ni–Al体系数据库,通过热力学外推和优化手段建立了Ni–Al–Nd体系热力学数据库。6)考虑了Pr在fcc(Al)中的溶解度,重新优化了Al–Pr二元体系热力学数据库。根据本研究建立的Al–Pr体系热力学数据库、文献报道的Ni–Pr二元体系数据库,结合本组之前建立的Ni–Al体系数据库,通过热力学外推、优化建立了Ni–Al–Pr体系热力学数据库。
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