Al-Fe-Ni-Si四元系有序相的原子移动性和扩散生长模型

Al合金广泛应用于航空航天、汽车等领域。热力学和扩散系数等热物性参数是提升Al合金性能和开发新型Al合金的理论基础。文献中已有Al合金热力学信息的大量报道，但有关其扩散系数的研究很少，缺乏获得多元有序相扩散系数及其扩散描述的科学方法。本项目拟通集成实验、第一性原理计算和扩散模拟，对Al-Fe-Ni-Si有序相的原子移动性和扩散生长模型进行研究：(1)研究一种由扩散偶样品的新颖设计来测定三元相沿整个扩散通道扩散系数的新方法；(2)改善用第一性原理计算亚稳态原子移动性的现有方法；(3)扩展二元线性化合物的扩散生长模型到三元线性化合物并完善描述有序/无序相变对扩散系数影响的现有方法；(4)获得Al-Fe-Ni-Si四元系有序相原子移动性参数，计算扩散系数随成分和温度的变化。研究工作的完成可望为多元有序相扩散系数及扩散生长描述提供一种可采纳的科学方法，为新型Al合金设计提供重要的热物性参数。

针对有关Al合金扩散系数报道稀少，缺乏获得多元有序相扩散系数及其扩散描述的科学方法的研究现状，本项目集成实验、第一性原理计算及扩散模拟开展了如下研究工作：(1)采用XRD、EPMA、TEM、DTA对Al-Fe-Ni-Si四元系的相关系、相转变及凝固微结构进行了实验研究,并对构成该四元系的各二元系和三元系的相关系进行了细化，采用热力学计算获得了一套描述Al-Fe-Ni-Si四元系的热力学参数，为Al-Fe-Ni-Si四元系扩散系数研究奠定热力学基础；(2)实验测定了Fe-Si二元Bcc有序相的扩散系数和二元化合物的扩散生长规律；通过扩散动力学优化，获得了Al-Fe-Ni-Si各二元系各有序相和化合物的原子移动性参数；(3)通过实验和动力学计算研究了Al-Fe-Ni-Si各三元系有序相及三元线性化合物的扩散系数，并获得了原子移动性参数；(4)在获得的三元系各相的原子移动性参数基础上计算获得了四元相的扩散系数矩阵随成分和温度的变化关系及原子移动性参数，并构筑了Al-Fe-Ni-Si四元系扩散动力学数据库。研究工作的完成为多元有序相扩散系数及扩散生长提供了一种科学方法，并为新型Al合金实际提供重要热物性参数。