铈基金属塑料体系热力学分析及其合金成分设计

根据实验测定和文献报导的铈基金属塑料合金体系Ce(包括La、Pr、Nd、Y)-Al-Cu(包括Co、Ni、Fe、Si、Zn、Nb、C、B等)相结构、相关系和热化学数据，采用多种热力学模型，如：络合溶体模型、准化学模型和模拟磁有序模型等分别处理液相和非晶相等，利用CALPHAD技术，对铈基金属塑料中重要合金体系进行严格热力学评估，得到包括非晶相和过冷液相在内所有物相的Gibbs自由能；根据热力学理论，得到相关合金体系的相图（包括含非晶相与过冷液相的多元亚稳相图）、液相与固溶体相之间的T0线、Kauzmann温度、非晶转变温度、各晶体相在液相(过冷液相)中的形核驱动力、非晶相晶化转变驱动力及转变需克服的势垒即热稳定性等；多方位研究基于严格热力学理论的非晶形成能力判据；分析合金元素对各相Gibbs自由能和非晶形成能力判据的影响，探索具有高非晶形成能力的铈基金属塑料合金体系及精确设计其合金成分。

本项目利用CALPHAD技术和实验测定的热力学平衡信息、热化学数据及热力学理论，对Ce基大块非晶合金体系进行严格的热力学优化和评估，获得体系中所有物相包括平衡相和亚稳相的特征函数，再根据严格的热力学关系，得到该体系各相的所有热力学性质，建立了相对完善和准确的Ce基合金体系热力学数据库。由于结构有序等导致的二级相变引起的能量变化很小，较难定量描述及测量，尤其是有序度在不同条件下存在一定的变化范围而引起能量的微小变化。本项目把过冷液相和非晶相处理为具有不同程度有序的液相，而过冷液相和非晶相之间的转变处理为二级相变，利用CALPHAD技术，在处理磁性有序无序转变的热力学模型的基础上，建立处理具有不同程度有序的非晶相和过冷液相的热力学模型，并分别评估出过冷液相和非晶相的热力学特征函数，便可得到非晶相转变温度、非晶相与过冷液相及其它晶体相之间的亚温平衡相关系、非晶相晶化驱动力等。较有代表性的研究成果有：1)采用多种热力学模型，如：亚规则溶液模型和络合溶体模型等处理液相，较好地反映液相中出现的短程序(SRO)；2)将非晶相和过冷液相之间为二级相变，通过Bormann关系和模拟Hillert-Jarl磁有序模型分别描述非晶相等，对Ce基大块非晶合金体系进行严格热力学评估，得到包括非晶相和过冷液相在内所有物相的Gibbs自由能；根据严格的热力学理论，计算得到所有相关合金体系的相关系、过冷液相与固溶体相之间的T0线、非晶相和过冷液相之间的转变温度、各晶体相在过冷液相中的形核驱动力、非晶相晶化转变驱动力及转变需克服的势垒即热稳定性等，多方位研究基于严格热力学理论的非晶形成能力判据；3）分析合金元素对各相Gibbs自由能、所有结晶相在过冷液相中的析出驱动力和非晶形成能力判据的影响，预测具有高非晶形成能力的铈基大块非晶合金体系的准确成分范围等; 4)建立了相对完善和精确的铈基大块非晶合金热力学数据库。