可鑄耐熱鋁合金的相圖與合金化研究

《可鑄耐熱鋁合金的相圖與合金化研究》是依託中南大學，由劉立斌擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：可鑄耐熱鋁合金的相圖與合金化研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉立斌
• 依託單位：中南大學

項目摘要

可鑄耐熱鋁合金是目前鋁合金研究的重要課題，加Sc後，形成具有L12結構的Al3Sc彌散強化相，可以有效的提高鋁合金的耐熱性，並且不影響其鑄造性能，但Sc太貴，尋找其它合金元素，開發出不含Sc的可鑄耐熱鋁合金具有重要的技術與經濟價值。對在鋁合金中加入其它元素能否具有與Sc類似的合金化效果，完全取代Sc，目前還存在爭議。合金元素在鋁基固溶體中的固溶度與富鋁端的凝固反應性質（共晶還是包晶）成為選擇合金元素的重要依據。本項目擬通過對Al-RE（RE=Y, Er ,Tm,Yb, Lu）二元相圖富Al端和Al-RE-X （RE=Tb、Dy、Ho）（X= Zr、Hf）三元相圖富Al角的精確測量，確定與L12相平衡時，Al基固溶體的溶解度隨溫度的變化；和上述三元系中，L12相與鋁基固溶體構成的偽二元系中，凝固反應的性質（共晶還是包晶）。為可鑄耐熱鋁合金的彌散強化相的選擇與合金化元素的選擇提供知識基礎。

結題摘要

可鑄耐熱鋁合金是目前鋁合金研究的重點課題。添加Sc形成L12結構的Al3Sc彌散強化相可有效提高鋁合金的的耐熱性而且不影響鑄造性能。然而Sc價格昂貴，尋找其他合金化元素來取代Sc具有重要的技術與經濟價值。與Sc相似，在Al-RE (RE=稀土元素)二元系與Al-RE-X (RE=稀土元素; X=Zr, Hf) 三元系中存在穩定的或亞穩的L12三元化合物,因此研究這些體系的相圖對尋找能全部或部分替代Sc的合金元素很有意義。本項目針對上述問題，採用合金法，通過SEM/EDX和XRD檢測手段測量了Al-Dy-Zr三元系773 K等溫截面，Al-Cu-Er三元系673 K富鋁角等溫截面以及Al-Sc-Zr、Al-Sc-Y、Al-Dy-Zr和Al-Gd-Zr三元系873 K等溫截面。根據已有實驗結果和評估的相圖信息，將第一原理計算與CALPHAD方法相結合最佳化了Al-Cu-X (X=Er,Zr,Y)、Al-Sc-M(M=Zr,Y)、以及Al-Zr-RE (RE=Dy,Gd)體系相圖。利用CALPHAD方法最佳化了Al和Zr原子在fcc_Al,bcc_Zr和hcp_Zr相中的原子移動性參數，建立了ZrAl3相平均互擴散係數與溫度的關係並由此發現Zr中的微量雜質Fe可降低ZrAl3相生長速率。上述結果豐富了鋁合金相圖熱力學與擴散動力學數據，為開發耐熱鋁合金提供了可靠的知識基礎，研究所獲得的相圖作為標準相圖被美國金屬學會收錄與發布，已發表論文11篇，其中9篇發表在國外知名刊物，研究成果達到國際先進水平。