可铸耐热铝合金的相图与合金化研究

可铸耐热铝合金是目前铝合金研究的重点课题。添加Sc形成L12结构的Al3Sc弥散强化相可有效提高铝合金的的耐热性而且不影响铸造性能。然而Sc价格昂贵，寻找其他合金化元素来取代Sc具有重要的技术与经济价值。与Sc相似，在Al-RE (RE=稀土元素)二元系与Al-RE-X (RE=稀土元素; X=Zr, Hf) 三元系中存在稳定的或亚稳的L12三元化合物,因此研究这些体系的相图对寻找能全部或部分替代Sc的合金元素很有意义。. 本项目针对上述问题，采用合金法，通过SEM/EDX和XRD检测手段测量了Al-Dy-Zr三元系773 K等温截面，Al-Cu-Er三元系673 K富铝角等温截面以及Al-Sc-Zr、Al-Sc-Y、Al-Dy-Zr和Al-Gd-Zr三元系873 K等温截面。根据已有实验结果和评估的相图信息，将第一原理计算与CALPHAD方法相结合优化了Al-Cu-X (X=Er,Zr,Y)、Al-Sc-M(M=Zr,Y)、以及Al-Zr-RE (RE=Dy,Gd)体系相图。利用CALPHAD方法优化了Al和Zr原子在fcc_Al,bcc_Zr和hcp_Zr相中的原子移动性参数，建立了ZrAl3相平均互扩散系数与温度的关系并由此发现Zr中的微量杂质Fe可降低ZrAl3相生长速率。. 上述结果丰富了铝合金相图热力学与扩散动力学数据，为开发耐热铝合金提供了可靠的知识基础，研究所获得的相图作为标准相图被美国金属学会收录与发布，已发表论文11篇，其中9篇发表在国外知名刊物，研究成果达到国际先进水平。