Fe-Bi-Ce和Sn-Cu-Ce三元系热力学优化

摘要

在金属材料（比如:钢铁材料和无铅焊料）中添加稀土元素，能够起到变质、净化、细化组织的作用，从而改善合金微观组织以及材料的物理、机械性能。因此，对钢铁材料-稀土以及无铅焊料-稀土的相关体系进行热力学计算以获得该体系的热力学数据库对于研究稀土在钢铁材料和无铅焊料中的作用机制有重要意义。本文采用相图计算(CALPHAD)技术对Fe-Bi-Ce和Sn-Cu-Ce两个三元系的相关系进行研究，主要工作如下:
　　1、利用相图计算(CALPHAD)技术，采用Thermo-Calc热力学软件PARROT模块优化计算Ce-Bi二元系，获得一组自洽的热力学参数。其中，液相与端际溶体相采用替代式溶体模型，二元中间化合物均采用化学计量比化合物模型。
　　2、利用相图计算(CALPHAD)技术，结合本工作优化得到的Ce-Bi二元系参数和文献报道的Fe-Ce和Fe-Bi二元系热力学参数，采用Pandat热力学软件外推Fe-Bi-Ce三元系，并制备773K下Fe-Bi-Ce三元合金观察其平衡组织以验证外推的合理性，计算所得结果与实际观察结果吻合。在此基础上，进一步制备了Fe-45at％Ce/Bi扩散偶，探明773K时扩散通道为Bi/CeBi2-Fe/Fe-45at.％Ce，结合本课题组提出的半经验理论模型和本工作优化获得的Fe-Bi-Ce三元系热力学参数成功的计算预测了CeBi2优先形成，解释了实测的扩散通道。
　　3、基于文献报道的相图和热力学的实验数据，结合第一性原理计算所得形成焓数据，采用CALPHAD的方法对Ce-Sn二元系以及Sn-Cu-Ce三元系进行热力学优化，获得一套合理的热力学数据，重现了已报道的相图与热力学数据。其中液相和端际固溶体采用替代式溶体模型，有固溶度的Ce11Sn10相采用三亚点阵模型:(Ce)0.429(Sn)0.429(Ce，Cu，Sn)0.142，其他中间化合物采用化学计量比化合物模型。