PM(Ag、Au、Pt、Pd)与TM(Fe、Co、Ni、Cu)构成的贵金属二元系的热力学评估

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贵金属因其优异的物理和化学性能,在国防、工业和生物医学等领域具有不可替代的作用,被称为“现代新金属”。贵金属(Ag、Au、Pt、Pd)与过渡族金属(Fe、Co、Ni、Cu)合金化,不仅能减少贵金属的用量,同时赋予贵金属新的多样化的性能。但由于贵金属价格昂贵和储量有限,通过相图和热力学理论指导贵金属合金设计是亟待解决的课题。本研究利用CALPHAD技术,对贵金属基相图进行热力学评估,为进一步建立贵金属多元合金热力学数据库奠定基础。主要研究结果如下:(1)Pt-Fe二元系是贵金属合金中的重要二元系,然而已有的热力学评估工作与相平衡和热力学实验数据不能吻合,所以本研究对Pt-Fe二元系重新进行了热力学评估和优化。其中液相、BCC相和FCC无序相采用亚正规溶体模型,L12型Fe3Pt、FePt3和L10型FePt有序相采用四亚点阵模型和改进的化合物能量模型(MCEF)。最终,计算相图与相平衡数据吻合较好,计算的FCC无序相的混合焓、组元活度、液相在各温度下的活度以及各有序相的形成焓与热力学实验数据很好地吻合。获得了一套自洽的、热力学意义合理的Pt-Fe二元系热力学参数。(2)Au-Cu二元系是贵金属合金中最常用的基础合金系,然而当前的热力学评估工作中有序相的热力学模型不够合理,也不能与其他贵金属体系兼容。本研究对Au-Cu体系进行了热力学再评估,并在这一工作中,理论推导了四亚点阵模型和改进的化合物能量模型(MCEF)中有序相参数初值的确定,该方法使有序相在该模型中的参数确定更加便捷有效。本研究计算的Au-Cu二元相图与相平衡数据吻合较好,另外,计算的液相混合焓以及各有序相的形成焓与实验数据一致。(3)贵金属(Ag、Au、Pt、Pd)与过渡族金属(Fe、Co、Ni、Cu)一共可构成22个贵金属二元系,其中本研究对Pt-Fe和Au-Cu体系进行了热力学再评估,另外有17个体系的二元相图有已发表的热力学研究工作,尚有3个体系,包括Ag-Pt、Au-Pd和Pt-Pd因实验相图研究不充分,还不能进行热力学评估。本研究分析、计算了上述19个已评估的贵金属二元合金相图,并综合这些研究成果,建立了含有Ag、Au、Pt、Pd、Fe、Co、Ni、Cu等8个组元的贵金属二元系热力学数据库,为进一步建立贵金属多元合金热力学数据库奠定了基础。
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