铝基非晶合金相图与微合金化

The main obstacle for the application of Al-based metallic glass is its limiting glass forming ability. Micro-alloying with Ca,Sr,Ba may be one of the important methods to improve the glass forming ability. Because of the speciality of Al-based metallic galss systems, many empirical rules, which has been successfully used in prediction of the glass forming ability of the other amorphous alloys,is ineffective in prediction of the glass forming ability in the Al-based metallic glass system. An approach combining crystallization thermodynamics and kinetics must be used to predict the glass forming ability of Al-based systems.In this project， the phase diagram of Al-(Ni,Co)-(Y,Gd)-(Ca,Sr,Ba) systems will be constructed with the equilibrium alloy, diffusion multiple and CALPHAD method;the thermodynamic database will be construct; Based on this database, the crystalization driving force, the heat of fusion,and the melting temperature will be calculated. Combining with the empirical rules on surface energy and viscousity, the TTT curve and the critical cooling rate for obtaining amorphous alloy will be caculated. The effect of micro-alloying of Ca，Sr,Ba to the glass forming ability of the Al alloy systems will be investigated and the best micro-alloying composition range will be predicted. This data will be very useful in the metallic glass preparation.

铝基非晶合金的非晶形成能力差已成为其应用的主要障碍，利用Ca、Sr、Ba微合金化有可能成为提高其非晶形成能力的重要途径。由于Al基非晶合金的特点，许多预测其它非晶合金的非晶形成能力的经验方法并不适用于Al基非晶合金，Al基非晶合金的非晶形成能力需要结合结晶热力学与动力学进行预测，准确的相图热力学数据库是这一预测方法的基础。本项目拟综合运用平衡合金法、扩散多元结和相图热力学计算方法，系统研究Al-(Ni,Co)-(Y,Gd)-（Ca,Sr,Ba）多元相图，建立相应的相图热力学数据库，计算该体系不同成分合金的结晶驱动力、熔化焓和熔化温度，并结合表面能和粘度计算的经验公式，运用JMAK方程计算出不同合金的等温冷却转变曲线（TTT曲线）和制备非晶所需的临界冷却速度，探讨Ca、Sr、Ba微合金化对铝基非晶合金非晶形成能力的影响，预测微合金化最佳成分范围，为铝基非晶合金制备提供关键基础数据。

铝基非晶合金的非晶形成能力差已成为其应用的主要障碍，利用Ca、Ba微合金化有可能成为提高其非晶形成能力的重要途径。由于Al基非晶合金的特点，许多预测其它非晶合金的非晶形成能力的经验方法并不适用于Al基非晶合金，Al基非晶合金的非晶形成能力需要结合结晶热力学与动力学进行预测，准确的相图热力学数据库是这一预测方法的基础。.本项目运用合金法测量了Al-Co-Y三元体系 1173K、Al-Ni-Ca 三元体系673 K与873 K、Al-Ca-Y三元体系873 K、Al-(Y,Gd,Dy)-Zr 三元系873K与Al-Cu-Nd 673K的等温截面；结合第一原理计算的化合物的形成焓对Al-Ba、Al-Gd、Gd-Zr 3个二元体系和Al-Co-Gd、Al-Ni-Ca、Al-Ni-Ba、Al-(Y,Gd,Dy)-Zr、Al-Cu-(Nd,Yb) 8个三元体系进行了热力学评估，获得了可靠的Gibbs自由能参数，建立了Al（铝）-RE（稀土）-AE（碱土金属）体系相图热力学数据库。.发展了结合最小驱动力法则和最小临界冷却速度来预测非晶形成能力的方法，利用上述热力学数据库计算了Al-Co-Gd、Al-Ni-Y、Al-Ni-Ba、Al-Ni-Zr等体系的液相结晶等驱动力面，运用最小驱动力准则，预测了这些体系具有最佳非晶形成能力的成分范围。运用JMAK方程计算了一系列Al-Co-Gd合金及不同Ca含量Al-Ni-Y-Ca合金的TTT曲线，得到了获得非晶最小临界冷却速度，找出了Al-Co-Gd体系和Al-Ni-Y-Ca体系最佳铝基非晶合金成分，并利用甩带法制备了Al-Ni-Y-Ca非晶合金，验证了上述计算结果。.上述研究成果对进一步开发具有更高非晶形成能力的铝基非晶合金材料具有重要参考价值。此外，本项目所构建了Al(铝）-TM（过渡金属）-RE（重稀土）-AE（碱土金属）体系多元相图热力学数据库，还可以用来研究稀土、碱土金属合金化对铝合金组织与性能的影响， 模拟铝合金在凝固与热处理过程中的组织演变；所提出的预测非晶形成能力的方法也可以用于其它合金体系非晶形成能力的预测。