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铝合金因具有比重轻、强度高及耐蚀性好等优异性能及其在航空航天中的应用,引起了国际材料界及工业界的广泛关注。在铝合金中添加稀土,可显著改善合金的机械性能、物理性能和加工性能等。通过形成非晶制备高性能稀土铝合金的研究,尤其是稀土铝合金的非晶形成能力的研究,是目前材料界新兴的热点研究课题。本论文结合国家自然科学基金项目(No.50771106)：Al-Cu合金体系相图及微合金化,研究了Al-Cu-Y-Nd-Gd-Dy-Er-Yb-Sb-Ti体系中部分二元、三元体系的相关系,并模拟了典型三元Al-Cu-RE合金的组织演化过程,采用Driving forces判据预测了它们的非晶形成能力及随后的晶化倾向(序列),初步构建一种Al-Cu-RE合金系的设计方法,并尝试用该方法剖析一个美国专利,获得下述主要结果：(1)采用合金法,借助金相、扫描电子显微镜(SEM)和X-射线衍射分析(XRD)等检测分析手段,测定了Cu-RE (RE=Y、Nd、Gd和Dy)二元系在1073K下富Cu侧的相关系和电弧炉熔样的铸态相组成。经实验验证在Cu-Y和Cu-Dy二元系中富Cu侧的化合物为Cu7RE相,而在Cu-Nd和Cu-Gd二元系中富Cu侧的化合物为Cu6RE相。其中Cu7Dy相只在1073K以上稳定存在,低温下经历共析反应转变为Fcc(Cu)+Cu5Dy_L。(2)结合实验结果和文献信息,选择合理的热力学模型,运用CALPHAD技术评估和优化了Al-Yb、Cu-Gd、Cu-Dy、Cu-Er和Sb-Y四个二元系,所有计算的相关系及热力学性质与实验数据吻合。(3)用XRD、SEM/EDX技术准确测定了Al-Cu-Nd三元系在673K时的部分相关系。实验证实在673K时存在6个三元化合物相：τ1-Al8Cu4Nd、τ2-Al9Cu8Nd2、τ3-Al6Cu7Nd、τ4-Al2.4Cu8.6Nd、τ5-Al3CuNd和τ6-AlCuNd。结合实验结果和文献信息,对Al-Cu-Nd体系进行了热力学优化,获得了一套能合理描述各相Gibbs自由能的热力学参数。(4)借助X-Ray衍射分析技术测定了Al-Cu-Er三元系富Al角在673K的部分相关系。实验证实了三元化合物相(τ1-Al8Cu4Er)的存在,并确认了富Al角的三个三相区以及一个两相区。结合实验结果和文献信息,对Al-Cu-Er体系进行了热力学优化,获得了一套能合理描述各相Gibbs自由能的热力学参数。(5)选择合理自洽的二元系热力学数据库,结合三元系的实验信息以及选择合理的热力学模型,运用CALPHAD技术评估和优化了Al-Cu-Y、Al-Cu-Gd、Al-Cu-Dy、Al-Cu-Yb、Al-Cu-Ti和Al-Sb-Y五个三元系,初步构建了Al-Cu-Y-Nd-Gd-Dy-Er-Yb-Sb-Ti体系的热力学数据库。利用该数据库计算的液相零变量反应、等温截面、垂直截面及热力学性质与实验数据吻合。(6)借助金相、扫描电子显微镜和X-射线衍射分析等检测分析手段,测定了Al-Cu-RE (RE=Y、Nd、Gd、Dy和Ti)三元系电弧炉熔样的铸态相组成。采用优化计算获得的热力学数据库,模拟了这些三元系的平衡凝固过程和非平衡凝固过程。模拟结果合理的解释了实验获得的三元系合金的凝固组织。(7)利用热力学数据库,研究了Al-Cu-Y、Al-Cu-Nd、Al-Cu-Gd、Al-Cu-Dy、Al-Cu-Er、Al-Cu-Yb和Al-Cu-Ti合金的非晶形成能力与晶体相驱动力的关系。研究表明Al-Cu-Y、Al-Cu-Nd和Al-Cu-Ti三元系的非晶形成区域与过冷液相中各晶体相驱动力有关,其中驱动力小的合金形成非晶的能力强。根据这个准则,预测了Al-Cu-Y、Al-Cu-Nd、Al-Cu-Gd、Al-Cu-Dy、Al-Cu-Er、Al-Cu-Yb和Al-Cu-Ti体系中合金的非晶形成能力。且进一步计算了这些体系的恒驱动力线,从中可以获得合金易形成非晶的成分区域。计算以上体系发现,有且仅有Al-Cu-Yb合金能通过非晶制备得到Al3RE强化的耐热铝合金,计算获得的成分范围与专利中报道的十分接近。