Zn-Mn-Ni-Sn-Si體系關(guān)鍵三元系的相平衡與晶體結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、多組元合金相圖在新型合金設(shè)計(jì)、合金工業(yè)應(yīng)用(包括熱加工工藝、熱處理工藝制定)上具有重要的指導(dǎo)作用。CALPHAD方法是獲得多組元合金相圖的有效方法。CALPHAD方法所獲得的多組元合金相圖熱力學(xué)模型還可以用于相場(chǎng)模擬合金的非平衡轉(zhuǎn)變過程，相場(chǎng)模擬的結(jié)果為理解合金組織演變提供重要科學(xué)依據(jù)。耦合第一原理的CALPHAD方法，基于CALPHAD的相場(chǎng)模擬是建立面向性能的材料設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。CALPHAD方法所構(gòu)造的多組元合金相圖的準(zhǔn)確性依賴相關(guān)的

2、二元、三元合金相圖的準(zhǔn)確和完備。準(zhǔn)確測(cè)定相關(guān)的二元、三元合金相圖，將為建立面向性能的材料設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。
　　 Mn、Ni、Si、Sn、Zn是Al合金的重要合金元素，Mn、Ni、Si、Sn也是熱鍍鋅工業(yè)所涉及的重要合金元素。鋁合金具有優(yōu)良的機(jī)械性能，廣泛地應(yīng)用在航空航天、汽車等領(lǐng)域。熱鍍鋅是廣泛應(yīng)用的鋼鐵防腐方法。理解相關(guān)的合金元素的相互作用，將為改進(jìn)熱鍍鋅工藝、提高鍍層性能提供指導(dǎo)。本文研究Mn-Ni-Sn、Mn-Ni-Zn

3、、Ni-Sn-Zn、Mn-Sn-Zn、Mn-Ni-Si等五個(gè)三元合金體系的相圖，以及相關(guān)的化合物晶體結(jié)構(gòu)，獲得了以下重要的研究成果：
　　 (1)建立了Ni-Sn-Zn三元合金相圖，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新三元化合物6(Ni4Sn4Zn2)。該化合物屬于簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu)，點(diǎn)陣常數(shù)為α=0.88350(7)nm，空間群為P-43m，與CuNi5Sn9Zn同構(gòu)。本文同時(shí)還給出了該物相的粉末衍射數(shù)據(jù)。
　　 (2)首次建立了Mn-Ni-Sn合

4、金的500℃等溫截面。在Mn-Ni二元系，獲得了與前人完全不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究發(fā)現(xiàn)Mn-Ni二元系在500℃達(dá)到平衡時(shí)并不存在二元化合物，整個(gè)二元系由面心立方(γMnNi)與αMn構(gòu)成。此外，發(fā)現(xiàn)了成分為Mn22Ni36Sn42的新化合物τ1，該化合物為六方結(jié)構(gòu)，點(diǎn)陣常數(shù)為α=0.42047(8)nm和c=0.52767(6)nm。在MnNi2Sn休斯勒(Heusler)合金，觀察到了應(yīng)力誘導(dǎo)馬氏體相變的現(xiàn)象，并確定了該馬氏體相的晶體結(jié)

5、構(gòu)參數(shù)。準(zhǔn)確測(cè)定了休斯勒合金MnNi2Sn的成分范圍。這些工作為磁制冷材料的開發(fā)提供了準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
　　 (3)首次測(cè)定了Mn-Ni-Zn合金在400℃、500℃、600℃三個(gè)等溫截面，發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)新的三元化合物，其中一個(gè)是T相，其化學(xué)式近似為(MnNi)Zn6.5，空間群為F-43m，點(diǎn)陣常數(shù)為α=1.81450(7)nm。這個(gè)物相與(FeNi)Zn6.5同構(gòu)，Rietveld精修結(jié)果：Rp=8.68(圖形剩余方差因子)，R

6、wp=12.28(加權(quán)圖形剩余方差因子)，S=1.59(擬合優(yōu)值)。本文工作給出了這個(gè)化合物的晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。另一個(gè)三元化合物是τ1，其成分接近Mn7Ni9Zn8，屬于四方結(jié)構(gòu)，點(diǎn)陣常數(shù)為α=0.2733 nm和c=0.3428 nm。T相與τ1都存在于400℃、500℃兩個(gè)等溫截面，在600℃等溫截面消失。
　　 (4)首次建立了Mn-Sn-Zn合金的500℃等溫截面。發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新三元化合物λ相，該化合物屬于bcc結(jié)構(gòu)，點(diǎn)陣常數(shù)

7、為α=0.92508(5)nm。λ相的成分范圍為25到35 at.％Mn，4到8 at.％Sn，56到70 at.％Zn。
　　 (5)建立了Mn-Ni-Si三元合金體系在900℃的相圖。研究發(fā)現(xiàn)，Mn-Ni-Si合金體系在900℃存在一個(gè)新三元化合物τ，其成分約為Mn45Ni40Si15。該化合物在降溫過程中出現(xiàn)馬氏體相變，其馬氏體相屬于六方結(jié)構(gòu)，點(diǎn)陣常數(shù)為α=0.47783(8)nm和c=0.76847(9)nm。研究還確認(rèn)

8、Mn6Ni16Si7(T)、Mn15Ni50Si39(Φ)、Mn15Ni40Si45(N)、MnNiSi(E)、Mn3Ni3Si2(г1)、Mn2Ni3Si(г2)、Mn3Ni2Si(Ω)等三元化合物在900℃仍然存在，而三元化合物Mn61Ni12Si27(R)、Mn66Ni4Si30(U)均不存在。研究發(fā)現(xiàn)，Mn15Ni40Si45(N)相為六方結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)類型C04NbSi3，屬于191號(hào)空間群，計(jì)算獲得N相的點(diǎn)陣常數(shù)為α=1.707