Au_3Cu-亚格子系统的合金基因Gibbs能配分函数和平衡全息网络相图(英文)

以Au3Cu-亚格子系统为例,介绍了3项发现:第一,至今阻碍金属材料科学进步的第四大障碍是研究者们尚未认识到一个真正的合金相Gibbs能函数应由合金基因序列和它们自己的Gibbs能级序列构建的Gibbs能配分函数导出。第二,建立合金基因Gibbs能配分函数的六条规则,特别证明了计算合金组态熵的简并因子中结构单元占居Gibbs能级的概率应按照组元占居格点的概率方式简并;第三,以前研究者从未预料到的主要特征:具有一条没有有序相和无序相共存区的单相相界线;相界线顶点成分和温度远偏离Au3Cu化合物临界点的成分和温度;在0 K时,Gibbs能随成分变化曲线上的最低点成分远偏离Au3Cu化合物的成分;Au3Cu-型长程有序合金的理论极限成分范围由第一跳变有序度决定。     

AuCu3-亚格子系统的合金基因Gibbs能配分函数和平衡全息网络相图（英文）

以AuCu3-亚格子系统为例,介绍3项发现:第一,迄今阻碍金属材料科学进步的第三大障碍是研究者们习惯用平衡均匀转变的思维方式认识温度极其缓慢变化的合金相变实验现象,然后以实验现象的错误认识为选择信息,建立Gibbs能函数和所谓的"平衡相图";第二,AuCu3-型亚格子系统的平衡全息网络相图可用来描述与成分和温度有关的合金基因排列结构和各种热力学性质的系统相关性;第三,每个合金的平衡转变都是均匀的单相转变,不是非均匀的双相转变,存在一条没有有序相和无序相共存区的单相相界线,相界线顶点成分和温度远偏离AuCu3化合物临界点的计量成分和温度。     

AuCu_3-亚格子系统的合金基因Gibbs能配分函数和平衡全息网络相图(英文)

以AuCu3-亚格子系统为例,介绍3项发现:第一,迄今阻碍金属材料科学进步的第三大障碍是研究者们习惯用平衡均匀转变的思维方式认识温度极其缓慢变化的合金相变实验现象,然后以实验现象的错误认识为选择信息,建立Gibbs能函数和所谓的"平衡相图";第二,AuCu3-型亚格子系统的平衡全息网络相图可用来描述与成分和温度有关的合金基因排列结构和各种热力学性质的系统相关性;第三,每个合金的平衡转变都是均匀的单相转变,不是非均匀的双相转变,存在一条没有有序相和无序相共存区的单相相界线,相界线顶点成分和温度远偏离AuCu3化合物临界点的计量成分和温度。     

FP-SSA框架中Au_3Cu型有序合金相的特征原子势能配分函数

介绍以第一原理合金电子理论为基础的系统合金科学(FP-SSA)框架中Au3Cu型有序合金的特征原子势能(CAPE)配分函数。主要创新内容如下:以基本原子团{AiA u·[(I-i)Au,iCu]}和{AiC u·[(I-i)Au,iCu]}序列的中心特征原子Ai Au和AiC u为结构单元序列,替代原子对和原子团,建立了合金相的特征原子排列模型;以配位原子团[(I-i)Au,iCu]对作用于特征原子势场影响的方式替代原子对能量相互作用和原子团能量相互作用方式,以特征原子势能能级代替原子对能级和原子团能级,建立了合金相的特征原子势能相加定律,计算合金相及其组元的平均势能;在特征原子排列的简并因数与特征原子势能能级一致的条件下建立CAPE配分函数和计算组态熵。此函数揭示了当今流行的固溶体理论的不足之处,为建立特征Gibbs能配分函数奠定了基础。     

合金基因、全息网络相图和全息合金定位设计与研发系统

以系统科学哲学为指导,以Au-Cu合金系为实例,介绍了以下内容:合金基因、合金基因全息信息传输的Gibbs能函数以及AuCuI(Cu4Au8AA)化合物无序化的平衡和亚平衡传输方式,Au3Cu、AuCu和AuCu3亚格子系统的平衡全息网络相图(HNP);描述组元—成分—结构—性能—温度之间的关系;预测设计合金信息的蓝图:Au-Cu合金系的平衡和亚平衡HNP图。实现"网络化、信息化和智能化设计与研发先进合金"的路径规程是"基本组元合金系统—合金基因序列—亚格子合金系统的平衡HNP图—合金系的平衡和亚平衡HNP图—合金基因工程—合金系统全息知识与数据库"。实施此路径规程的基地称之为"全息合金定位设计与研发系统(HAPDS)"。     

扩散退火对Au／Ag—Cu／Cu—Ni—Zn结合面成分分布的影响

研究了不同温度扩散处理条件下Au/Ag-Cu/Cu-Ni-Zn3层复合薄带材在 结合面区域的成分分面。结果表明：在Ag-Cu/Cu-Ni-Zn结合面区域，扩散温度升高可促使Ni,Zn的迁移，但对Cu的迁移无明显影响，在Au/Ag-Cu结合面区域，较高的扩散温度可使Au,Ag及Cu原子通过原始结合面迅速迁移而互溶，导致纯Au表层演变为Ag-Au-Cu合金层。     

Mg-7Zn-xCu-0.6Zr合金的热裂行为及热分析测试（英文）

通过热分析方法研究Mg-7Zn-x Cu-0.6Zr合金在凝固过程中的显微组织演变。采用具有测力传感器和数据采集系统的约束棒实验装置研究Cu含量(0,1,2和3,质量分数,%)对Mg-7Zn-x Cu-0.6Zr合金热裂行为的影响。Mg-7Zn-xC u-0.6Zr合金的热分析结果表明,该合金主要由α-Mg和Mg Zn2相组成,而含Cu合金有3个潜热释放峰,分别对应α-Mg、Mg Zn Cu和Mg Zn2相。同时,随着Cu含量的增加,α-Mg相的反应温度降低,Mg Zn2和MgZ n Cu相的反应温度升高。热裂实验结果表明,由于添加Cu能提高合金的共晶温度,而缩小凝固温度区间,因此,Mg-7Zn-x Cu-0.6Zr合金的热裂敏感性明显降低。     

双尺度Fe3Si相调控对Cu-2.5Fe-0.2Si合金组织和性能的影响

通过在铜铁合金中添加微量Si元素,并利用组合形变热处理工艺对亚微米级Fe₃Si相和纳米级Fe₃Si相的析出行为进行调控。结果表明：处理后的Cu-2.5Fe-0.2Si合金中形成了大量细小的再结晶晶粒,其抗拉强度、电导率和伸长率分别为401MPa、69.25%IACS和12.50%。合金中纳米级Fe₃Si析出相与铜基体的位向关系为[011ˉ]Cu//[11ˉ1]Fe₃Si。双尺度Fe₃Si相对合金屈服强度的提高均有贡献。其中,纳米级析出相对屈服强度的贡献值更大,约为亚微米级第二相的6倍。相比于Cu-2.5Fe合金,Si的添加促进了合金基体中铁相的析出及细化,降低了动态再结晶温度,进而实现了合金强度、电导率和塑性的协同提高。     

Sb,Bi和Fe对Cu-8P共晶合金熔点和组织的影响

采用NETZSCH DSC 404型差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)等手段研究了添加元素Sb,Bi和Fe对Cu-8P共晶合金熔点和组织的影响.实验结果表明:Sb,Bi和Fe均能降低Cu-8P合金的熔点.一定量的Sb与Cu,P形成低熔点相,从而大幅降低了Cu-8P合金的熔点,使其熔点降低近200℃;加入少量Bi后,Bi与Cu在共晶团晶界上形成熔点为270℃左右的低熔点化合物,且Bi的加入明显细化Cu-8P合金共晶团,从而使Cu-8P合金的熔点降低;加入Fe能明显细化Cu-8P合金的共晶团,使层片间距由8 μm减为2μm以下,并使共晶团由层片状向短棒状转变,虽然Fe与Cu形成熔点为806℃的高温相,但Fe的细化作用使得Cu-8P合金的熔点降低,但降低幅度不大.同时得出形成低熔点的化合物(相)和细化晶粒是降低合金熔点的有效途径.     

稀土元素在Cu-12%Ag合金中形成的化合物及对合金退火性能的影响

采用冷拉拔结合中间热处理制备纤维复合Cu-12％Ag和Cu-12％Ag-0．3％RE合金,在不同温度对合金进行退火,分析合金中稀土化合物形态与结构,研究合金组织性能在退火过程中的变化规律及稀土元素的作用。结果表明：合金中初生富Cu枝晶及共晶体在拉拔过程中形成纤维复合组织,并在500℃退火演变为等轴晶粒;随退火温度升高,合金强度下降而其电导率升高;添加0．3％的稀土元素能够在Cu．12％Ag合金中形成（Cu,Ag）6（Ce,La）化合物粒子,并可提高300℃以下退火合金的抗软化能力,但使合金的电导率略为下降;（Cu,Ag）6（Ce,La）化合物粒子在拉拔过程中基本不变形,也不明显影响纤维组织退火时的再结晶行为。     

Sn-Cu基多组元无铅钎料组织、性能及界面反应研究

研究了多组元无铅钎料Sn-2Cu-0.5Ni和Sn-2Cu-0.5Ni-0.5Au的熔化行为、微观组织、力学性能及与Ni基板的钎焊反应。结果表明:Au的引入降低了钎料合金的熔化温度;2种钎料基体中的金属间化合物(IMC)均基于Cu6Sn5结构,且在260℃下与Ni基板钎焊60s后在接头界面处均生成棒状的(Cu,Ni)6Sn5;通过拉伸试验得到了2种钎料的抗拉强度和延伸率。     

Cu-16%Sn-8%P合金的球状Cu3P与热处理特性

利用金相和电子探针研究了Cu-16%Sn-8%P合金的微观结构,热处理条件对合金结构和硬度的影响.结果表明:在Cu-16%Sn-8%P合金中,P主要以Cu3P化合物形式存在,在Sn的影响下该化合物形成非常圆整的球状;Sn以Cu10Sn和Cu5Sn两种化合物存在.在560℃下保温,时间越长淬火组织中形成的条状Cu3P化合物越多,球状Cu3P化合物直径越小;硬度先降低,然后大幅度升高.对淬火组织进行退火处理,可进一步促进Cu3P化合物以块状、条状形态析出.     

18K黄金手镯高弹性原因分析

为研究18K黄金手镯高弹性行为,采用弹性模量测试和微观组织观察等方法对样品进行分析。结果表明,合金中存在4种相,其中3种相AuCu、AuCu_3和Au3Cu为基体无序相(Au,Cu)原子有序化后的结果,有序相的含量达到70%。有序相的大量存在可能是合金弹性模量较高的一个原因。手镯表面与截面呈现不同的弹性模量,每种相存在着一定方向的织构,可能是影响手镯弹性模量各向异性的原因。     

过共晶Cu-Cr合金定向凝固组织中α相的形成机制研究

考察了Cu-1.7%Cr过共晶合金的定向凝固组织,对过共晶组织中出现亚共晶合金的初生α相的生长进行了探讨.研究表明:Cu-1.7%Cr过共晶合金定向凝固组织由初生β相、α相和(α-β)共晶组成;α相和(α+β)共晶的成分较大偏离平衡相图中的各相成分;初生β相分布在α相基体上.Cu-1.7%Cr凝固组织中α相的形成是非平衡凝固过程中枝晶α相和共晶相之间竞争生长的结果.α相是一种非平衡凝固组织,(α+β)共晶是偏离了平衡共晶成分的伪共晶组织.随着冷却速率的增加,α相的形貌尺寸减小,而数量有所增加.     

引线框架铜合金材料与SnAg3.0Cu0.5的界面组织

采用扫描电镜和能谱分析等手段研究了3种不同引线框架用铜合金材料与SnAgCu钎料的界面结构,3种铜合金引线框架材料与SnAg3.0Cu0.5焊膏焊后未经时效的界面组织相似.焊点在160℃恒温时效300 h后,Cu-0.1Fe-0.03P合金、Cu-0.36Cr-0.03Zr合金、Cu-0.38Cr-0.17Sn-0.16Zn合金与SnAg3.0Cu0.5焊膏的界面金属间化合物厚度分别为8.7、7.4、6.2μm,其成分主要为Cu6Sn5,靠近铜合金一侧均有少量Cu,Sn生成.结果表明,Cu-0.38Cr-0.17Sn-0.16Zn合金比Cu-0.1Fe-0.03P合金和Cu-0.36Cr-0.03Zr合金具有更好的焊接可靠性能,Cu-0.38Cr-0.17Sn-0.16Zn合金中的Zn元素在焊点界面的富集有效减缓了界面处原子的相互扩散,使金属同化合物的增长速度降低.     

Au-15Cu-10Ni合金时效强化机制研究

常用作电接触材料的Au Cu Ni合金在时效过程中会得到强化,硬度明显增加。采用真空高频熔炼得到Au-15Cu-10Ni合金,对轧制得到的片材进行不同条件下的时效处理,研究其微观组织、晶体结构和力学性能变化。结果表明,150~250℃范围内时效硬化效果显著,并且随温度升高硬度值提高,时效过程中生成的Au CuI有序相是造成硬度提高的主要原因。在200℃的条件下时效2.78 h后,晶粒表面出现了明显的条纹状,组织发生有序转变;时效时间延长至5 d后有序转变完成,晶体结构由fcc转变为fct结构,晶胞发生体积收缩,导致晶界明显宽化。     

Zr对Cu-15Cr合金铸态组织及热稳定性的影响

为了研究Zr对Cu-Cr形变原位复合材料组织和性能的影响,采用真空中频感应熔炼技术,制备了Cu-15Cr和Cu-15Cr-0.24Zr合金。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)等表征手段,研究了Zr对Cu-15Cr合金铸态组织及不同温度退火1h后的组织的影响;对两种试验合金进行了冷轧变形,对最终变形量下的试验合金的热稳定性进行了研究。结果表明:Zr的加入,使合金的铸态组织中生成了薄片状的Cu Zr金属间化合物;抑制了共晶Cr相的生成,使共晶Cr含量远低于Cu-15Cr合金,同时,细化了枝晶Cr的尺寸;显著提高了合金的热稳定性,使其在550℃退火1 h后的抗拉强度提高了100 MPa。并通过对试验合金凝固过程的吉布斯自由能(ΔG_(mix))的计算,得出Zr的加入降低了Cu-15Cr合金的液相分离温度,减小了Cu-15Cr合金在凝固过程中动态平衡下的形核驱动力,因此抑制了共晶Cr的生成,这与试验观察到的铸态组织结果一致。     

Cu-3Ti-2Mg合金的时效特征

本文研究了冷变形及时效处理对Cu-3Ti-2Mg合金组织与性能的影响。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)及电子背散射衍射(EBSD)对Cu-3Ti-2Mg合金的组织和析出相进行了表征,并对其硬度和导电率进行了测试。结果表明：铸态Cu-3Ti-2Mg合金由Cu2Mg相、板条状Cu4Ti相及Cu基体组成。时效处理后析出β"-Cu4Ti相,过时效则会导致亚稳定β"-Cu4Ti相转变为稳定的Cu3Ti相。在本实验范围内,Cu-3Ti-2Mg合金的最佳热处理工艺是 700°C 保温4h后水淬,随后冷变形60%并在450 °C保温2 h炉冷。Cu-3Ti-2Mg合金的导电率及硬度分别是16.7 % IACS和328 HV。     

高熔点差三元合金累积叠轧-扩散合金化制备工艺

为解决高熔点差多元合金制备方法存在的元素偏析、合金性能受限、制备成本高等问题,提出了高熔点差组元合金的累积叠轧-扩散合金化制备新工艺。采用SEM、EDS、TEM、XRD和万能试验机表征了累积叠轧-扩散合金化Cu-21Ni-5Sn合金的组织和性能,研究了累积叠轧和阶梯式扩散热处理工艺对Cu-21Ni-5Sn合金成分均匀性的影响和机理,并揭示了后续时效制度对Cu-21Ni-5Sn合金性能的影响和机理。结果表明：通过累积叠轧7道次+650 ℃/5 h+1000 ℃/8 h阶梯真空扩散热处理工艺,制备出了元素误差小于5%、成分均匀的Cu-21Ni-5Sn合金。采用累积叠轧实现减薄中间层、缩短扩散距离,增加晶界、位错等原子扩散通道,低熔点Sn元素与Cu、Ni元素在650 ℃形成高熔点(Cu,Ni)₃Sn金属间化合物临界层,在1000 ℃高温加速Cu、Ni元素扩散。Cu-21Ni-5Sn合金在40%预冷变形下于470 ℃时效60 min充分调幅分解,基体中析出致密的与基体共格的DO22及L12有序固溶体,与α铜基体之间的取向关系为(-1-1-1 )Cu//(-2-20)DO22,(-200)Cu//(-310)L12。合金抗拉强度达到峰值916 MPa,弹性模量为135.4 GPa,合金导电率达到6.23% IACS。     

δ′相在外场下早期沉淀机制的计算机模拟

基于离散格点形式的微扩散方程(Langevin方程)和非平衡自由能函数,编制了引入原子间相互作用能变化的Al3Li(δ′)相沉淀原子层面计算机模拟程序。该程序包容亚稳区到失稳区的全部温度、成分范围和孕育期至粗化的全过程,可以处理与时间相关的过程问题。开展了不同原子间相互作用势下原子图像、序参数的计算机模拟,进而探讨了最近邻原子相互作用能(W1)对有序相沉淀的影响机制。发现过渡区合金形核前出现短暂的等成分有序化阶段。探明随W1的增大,有序相沉淀的孕育期缩短,形核率增加,合金有序化速度和原子簇聚速度加快,在所研究的时间范围内达到的长程序参数和成分偏离序参数最大值增大。随W1的增大,有序相的析出呈现出失稳分解的特征。