含摩尔体积的Al-Mg-Si-Cu相图热力学研究

材料的性能很大程度上取决于其微观结构，即在凝固和后续热处理过程生成相的种类和含量、枝晶间距、微观偏析等。准确的热力学和热物理性质数据是对微观结构演变进行定量描述的必备条件。摩尔体积是描述凝固和沉淀析出过程重要热物性参数之一，而许多多元合金体系因缺少摩尔体积数据而使微观结构演变模拟受到很大限制。本项目拟以Al-Mg-Si-Cu体系为研究对象，在获得多元合金热力学和摩尔体积数据方面取得实质性进展：（1）耦合关键实验、相图计算和第一性原理计算建立该体系的热力学数据库；（2）由第一性原理准谐近似方法获得有限温度下各相的热膨胀系数、摩尔体积等数据；（3）结合实测数据，利用相图计算方法获得描述各相摩尔体积的模型参数并添加到热力学数据库中，获得含摩尔体积的Al-Mg-Si-Cu体系相图热力学数据库。本项目的完成可为多元合金体系的微观结构演变模拟提供可靠的热力学和摩尔体积数据并扩大相图计算方法的应用领域。

材料的性能很大程度上取决于其微观结构，即在凝固和后续热处理过程生成相的种类和含量、枝晶间距、微观偏析等。准确的热力学和热物理性质数据是对微观结构演变进行定量描述的必备条件。摩尔体积是描述凝固和沉淀析出过程重要热物性参数之一，而许多多元合金体系因缺少摩尔体积数据而使微观结构演变模拟受到很大限制。研究工作围绕以Al-Mg-Si-Cu 为代表的Al 基体系的热力学和摩尔体积等热物性参数为研究对象开展了系统研究。项目执行期内，在国际刊物发表标注本项目资助号论文15 篇(其中，SCI 收录论文14 篇，EI 收录论文13篇。主要研究成果有：(1）采用X射线衍射、扫描电镜、电子探针、差示热扫描等实验研究了Al-Mg-Si-Cu四元系及边界三元系的相关系，采用第一原理计算方法与热力学计算相结合获得了一套描述Al-Mg-Si-Cu四元系的热力学参数；（2）采用CALPHAD技术获得了可描述Al-Mg-Si-Cu体系熔体相摩尔体积随成分、温度、压力变化的参数，并构筑了包含摩尔体积的描述Al-Mg-Si-Cu体系的热力学数据库；（3）采用拓展的CALPHAD方法，基于文献中实验数据，构筑了描述Al-Cu-Mg-Si四元体系的粘度的数据库并预测了部分商业铝合金随温度变化的粘度数据，预测结果可以合理地描述实验数据;(4)对多元Al合金中一些重要体系的扩散系数进行了实验测定和计算模拟。研究成果发表J. Mater. Sci.、Metall. Mater. Trans. A、J. Alloys Compd.、Thermochim. Acta、CALPHAD 等国际刊物上。研究工作为多元合金体系的微观结构演变模拟提供可靠的热力学和热物性质数据并扩大相图计算方法的应用领域提供了重要参考。