Al-Cu-Mg-Mn-Zn体系关键四元系富Al端相图、液相面投影图的实验和热力学优化研究

The propose is intending to study the super high strength Aluminum alloys system: Al-Cu-Mg-Mn-Zn quinary system. We will experimental investigate the phase diagram at Al-rich part of its key four sub-quatenary systems Al-Cu-Mg-Zn, Al-Cu-Mn-Zn, Al-Cu-Mg-Mn and Al-Mg-Mn-Zn. We are going to comprehensive investigate the homogeneity range of the solution (Al) phase and phase relationship at a special isothermal section, analysis the solidification behave of as-cast alloys in order to construct the liquidus pojection and reaction scheme of each quaternary system. Using Calphad method, we will developing thermodynamic assessment for each quaternary system by basing on the experimental results of own work in order to obtain a set of self-resistence and reasonable thermodynamic description which will compile into the perfectly thermodynamic database of the Al-Cu-Mg-Mn-Zn quinary system. Since the system contain four maily addition elements of Aluminum alloys, the research result will be able to improve the composition design level for Aluminum alloys and provide solid theoretical foundation for developing and designing a new super high strength Aluminum alloy and other new aluminum alloys of No 2, 3 or 5 system.

本项目以超高强铝合金Al-Cu-Mg-Mn-Zn五元体系为研究目标，将对其中的四个关键四元系Al-Cu-Mg-Zn, Al-Cu-Mn-Zn, Al-Cu-Mg-Mn, Al-Mg-Mn-Zn富Al端相图展开实验研究，详细测定各个体系的（Al）固溶相的相区范围,以及特定温度下的相关系，分析铸态合金的凝固行为以构建液相面投影图和零变量反应图。依据所获得的实验数据，应用Calphad方法，对每个四元系进行热力学评估和优化以获得一套自洽合理的热力学数据，最终建立完善的Al-Cu-Mg-Mn-Zn五元系的热力学数据库。该体系包含了铝合金的四个主要合金元素，所取得的研究成果，将有助于提高铝合金成分设计水平，为探索和设计新型超高强铝合金，以及2，3，5系铝合金提供坚实的理论基础。

综合扫描电镜和能谱分析（SEM/EDS），X射线衍射（XRD）和差示扫描量热仪（DSC）等实验检测技术，我们对四个四元系：Al-Cu-Mg-Mn, Al-Cu-Mn-Zn, Al-Cu-Mg-Zn, Al-Mg-Mn-Zn富Al端的等温截面，凝固行为，液相面投影图和零变量平衡反应等相图信息进行了深入研究。在对四元体系的实验研究的过程中，我们逐步发现目前所知的边界三元系Al-Cu-Mn, Al-Mg-Mn和Al-Mn-Zn的液相面投影图可能是不正确的。因此我们追加了对三个边界三元系：Al-Cu-Mn，Al-Mg-Mn和Al-Mn-Zn富Al端的的液相面投影图和零变量反应的研究。目前我们已经获得了Al-Mg-Mn和Al-Mn-Zn体系富Al端的液相面投影图和相关的零变量反应；完成了Al-Cu-Mn的500oC和600oC等温截面的测定和富Al端液相面投影图的测定。完成了Al-Cu-Mg-Mn, Al-Cu-Mn-Zn和Al-Cu-Mg-Zn三个四元系富Al端铸态合金的凝固分析，确定了它们的初晶相，凝固次序。获得了Al-Cu-Mg-Zn四元系在80 at.% Al和400oC的等温截面，Al-Cu-Mn-Mg四元系在85 at.% Al和400oC的等温截面, 以及Al-Cu-Mn-Zn四元系在85 at.% Al和450oC的等温截面；并初步推测出Al-Cu-Mg-Zn四元系富Al端三个零变量平衡反应和Al-Cu-Mn-Mg四元系富Al端三个零变量平衡反应。 .上述所取得的研究结果，目前已经在5个研究生论文进行了总结和发表，后述的将进一步综合分析整理所有结果并将陆续的在材料专业领域杂志中发表，这些研究结果进一步充实了铝合金相图实验数据库，尤其是四元相图数据库。它们为今后的新型超高强铝合金的研发提供重要的参考依据。