Diffusion Coefficients and Phase Equilibria of the Cu-Zn Binary System Studied Using Diffusion Couples
Diffusion Coefficients and Phase Equilibria of the Cu-Zn Binary System Studied Using Diffusion Couples
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使用扩散偶研究铜锌二元体系的扩散系数和相平衡
DOI：
10.1007/s11669-020-00831-3
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发表时间：
2020
影响因子：
1.4
通讯作者：
Zhao, Ji-Cheng
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Eastman, Christopher M.;Zhang, Qiaofu;Zhao, Ji-Cheng
使用固-固和固-液扩散偶研究了 Cu-Zn 二元体系中的扩散行为和相平衡。在 100 至 750 °C 的温度范围内进行热处理，并使用光学显微镜、能量色散 X 射线光谱和电子探针微量分析对样品进行检查，以识别物相并获得成分分布。然后评估固溶体和金属间相的溶解度极限，并应用正向模拟分析（FSA）来提取相互扩散系数。 Hoxha 等人的成分概况。还使用 FSA 重新分析以获得更可靠的扩散系数数据，而无需假设金属间相的扩散系数恒定。根据当前研究结果以及文献中的结果，对 Cu-Zn 体系三个金属间相的相互扩散系数进行了综合评估。将每个相的活化能和阿伦尼乌斯前因子作为组成的函数进行评估。基于综合评估的拟合方程能够计算给定成分和温度下各相的相互扩散系数。根据本研究收集的新实验信息，提出了对铜锌二元相图的修改建议。与基于平衡铜锌相图的预期高溶解度值相比，在铜锌扩散偶的富铜面心立方相中经常观察到令人费解的低锌浓度，提供了清晰的解释。
The diffusion behavior and phase equilibria in the Cu-Zn binary system were investigated using solid–solid and solid–liquid diffusion couples. Heat treatments at temperatures ranging from 100 to 750 °C were performed and the samples were examined using optical microscopy, energy dispersive x-ray spectroscopy, and electron probe microanalysis to identify the phases and to obtain composition profiles. Solubility limits of both solid solution and intermetallic phases were then evaluated, and a forward-simulation analysis (FSA) was applied to extract interdiffusion coefficients. The composition profiles from Hoxha et al. were also re-analyzed using FSA to obtain more reliable diffusion coefficient data without the assumption of constant diffusion coefficients for the intermetallic phases. A comprehensive assessment of the interdiffusion coefficients in three intermetallic phases of the Cu-Zn system was performed based on the results from the current study as well as those in the literature. Activation energies and Arrhenius pre-factors were evaluated for each phase as a function of composition. The fitted equations based on the comprehensive assessment have the capabilities of computing the interdiffusion coefficients of each of the phases at a given composition and temperature. Suggested modifications to the Cu-Zn binary phase diagram were presented based on the new experimental information gathered from the present study. A clear explanation is provided for the puzzling low Zn concentrations often observed in the Cu-rich fcc phase of Cu-Zn diffusion couples in comparison with the expected high solubility values based on the equilibrium Cu-Zn phase diagram.
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