2015年荐Cu-Pt和Pd-Pt二元合金系中fcc相扩散迁移率参数的优化与计算.docVIP

Cu-Pt和Pd-Pt二元合金系中fcc相扩散迁移率参数的优化与计算 王翠萍，张炎财，卢 勇，蔺金燕，余 涌，刘兴军* （厦门大学材料学院，福建 厦门 361005） 摘要：本研究利用DICTRA软件分别优化了Cu-Pt和Pd-Pt二元合金系中fcc相扩散迁移率参数与温度的函数关系，计算结果和实验数据取得了良好的一致性.基于所优化的参数计算了扩散偶的浓度曲线，计算结果与实验结果比较可知，本研究所优化的扩散迁移率参数具有良好的准确性与有效性.该研究为Cu-Pt和Pd-Pt二元系的动力学研究提供了基础数据. 关键词：Cu-Pt和Pd-Pt二元合金系；扩散迁移率参数；扩散系数；DICTRA 中图分类号：TG 111.6 文献标志码：A Cu-Pt和Pd-Pt二元合金具有良好的导电率，高温抗氧化性，化学稳定性和焊接性能[1-5].大多数合金的物理性能和机械性能都与扩散行为有着密切的关系，因此，扩散过程的研究对新材料的开发具有重要的指导意义[6].如，用作氧气传感器的Pd-Pt多孔薄膜材料是通过Pd/Pt双层薄膜互扩散而得到的[4]；Pd在Cu中的扩散会导致Cu-Pt薄膜表面的电阻明显增加[2].因此，有必要对Cu-Pt和Pd-Pt二元合金系中fcc相的扩散迁移率参数进行优化与计算，同时有关Cu-Pt和Pd-Pt基础二元合金系扩散的研究可以为Pt基多元合金系扩散的研究提供理论信息. 近年来，扩散的计算模拟是相变研究的一个重要发展方向.DICTRA (DIffusion Controlled TRAnsformation) 软件包是其中一个有效的模拟工具，它在CALPHAD (CALculation of PHAse Diagram)框架下进行操作，是CALPHAD方法的扩展[7-11].在扩散实验数据的基础上，结合体系的热力学描述，用DICTRA软件优化与计算体系的扩散迁移率参数.近年来，本课题组在建立材料热力学数据库研究的基础上，进一步开展了材料动力学方面的研究[12-15]，并建立动力学数据库，为新材料的开发提供理论依据. 本研究是在扩散实验数据的基础上，结合体系的热力学描述，用DICTRA软件优化Cu-Pt和Pd-Pt二元合金系中fcc相的扩散迁移率参数，进一步完善Pt基合金的扩散迁移率数据库.同时，通过模拟扩散偶的浓度曲线进一步验证所获得的原子迁移率的准确性和有效性. 1 实验与计算信息 1.1 Cu-Pt二元合金系 Mishra等[16]利用EPMA方法，实验测定了在1273 K温度时Cu/Pt扩散偶的浓度曲线.结合实验测定的扩散偶浓度曲线，同时采用Wagner[17]的关系式，Mishra等[16]计算了Cu-Pt二元合金系中fcc相在1198~1273 K温度范围内的互扩散系数，最后利用外推法将互扩散系数外推至0%（原子分数）Cu，从而获得1198~1273 K温度范围内的Cu在fcc-Pt中的杂质扩散系数. Johnson等[18]通过实验测定了1372~1651 K温度范围内的Cu在fcc-Pt中的杂质扩散系数. Kubaschewski等[19]通过实验测定了1311~1673 K温度范围内的Cu在fcc-Pt中的杂质扩散系数，并研究了Pt-13.9%（原子分数）Cu合金在1311~1673 K温度范围内的互扩散系数. Matano[20]研究了Cu/Cu(7%~10%（质量分数）Pt)扩散偶，假设互扩散系数与浓度无关，用误差函数计算了Cu-Pt二元合金系中fcc相763~1233 K温度范围内的互扩散系数.Matano[20]假设互扩散系数与浓度无关，但是这与Mishra等[16]报道的互扩散系数随浓度显著变化的情况完全相反，并且Matano[20]研究报道的实验数据与Mishra等[16]和Kubaschewski等[19]报道的实验数据都相差较大.故本研究在计算时没有采用Matano[20]报道的实验数据. Liu等[21]利用CALPHAD方法，对Cu-Pt二元系中Pt的自扩散参数、杂质扩散参数和二元互扩散参数进行了优化与计算。但是关于Cu在fcc-Pt中杂质扩散的实验数据有新的文献报道；以及Liu等[21]优化二元互扩散参数所采用的实验信息[19-20]很有限，而且计算结果和实验数据[20]相差较大，也没有考虑有关扩散偶方面的研究信息.所以本研究在综合考虑有关Cu-Pt二元合金系的实验信息[16, 18-19]的基础上，对Cu-Pt二元合金系中fcc相的Cu在fcc-Pt中的杂扩散与Cu-Pt二元合金的互扩散迁移率参数进行重新优化与计算. 1.2 Pd-Pt二元合金系 Baheti等[6]利用EPMA方法，实验测定了在1573 K温度时Pd/Pt扩散偶的浓度曲线.结合实验测定的扩散偶浓度曲