Ti-Cu-Ni-P体系相图热力学及其非晶形成能力的研究

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Ti基非晶合金有比强度高和生物相容性好的特点,然而目前非晶形成能力好的Ti合金中都含有贵金属Pd或有毒元素Be,这大大限制了Ti基非晶合金的生产和应用。P是高效的Ti-Ni体系的非晶化添加剂。本文选取了成本较低、安全无毒且具备一定非晶形成能力的Ti-Cu-Ni体系,研究添加P元素对其非晶形成能力的影响。主要开展了以下工作:(1)运用平衡合金法,通过SEM/EDS、XRD和DSC等测试手段对Ti-Cu-P合金进行了相分析和热分析,得到了Ti-Cu-P体系在973 K的等温截面相图。根据得到的实验相图数据,运用相图计算(CALPHAD)方法建立了Ti-Cu-P体系的热力学描述。(2)运用Pandat相图计算软件的Optimizer模块对Ni-P体系进行了热力学优化,以求得到全成分的Ni-P体系的计算相图。由于Ni-P体系的液相实验数据不足,得到的结果的误差超出了可接受的范围,采用目前文献报道的Ni-P部分相图的优化结果。(3)调研了文献中有关Ti-Cu-Ni、Ti-Ni-P和Cu-Ni-P体系的实验相图数据和热力学评估资料,运用CALPHAD方法建立了Ti-Cu-Ni、Ti-Ni-P和Cu-Ni-P的热力学描述。综合Ti-Cu-P、Ti-Cu-Ni、Ti-Ni-P和Cu-Ni-P体系的热力学参数,外推计算得到了Ti-Cu-Ni-P体系的热力学数据库。(4)计算了Ti-Cu-Ni-P(0-30at.%P)体系的零变量反应,其中包括5个共晶反应。根据指导非晶合金制备的深共晶准则,挑选了富Ti区的三个共晶成分点E2、E3和E4,通过甩带法在共晶成分点E3和E4处得到了完全非晶合金。研究表明在Ti-Cu-Ni-P四元体系的E3和E4两个共晶成分点处,可以通过甩带法制备完全非晶条带,这为Ti-Cu-Ni-P体系非晶合金的制备提供了参考。
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