Al-Ge-Mg体系的理论评估

《Calphad》：The theoretical assessment of the Al-Ge-Mg system

　　

• •
  重新评估了Ge-Mg体系，以模拟Mg在Mg₂Ge相中的溶解度。
• •
  利用我们对γ-Al₁₂Mg₁₇热容的实验测量结果，重新评估了Al-Mg体系。
• •
  对三元Al-Ge-Mg体系的评估首次纳入了三元相τ。

引言

铝镁基合金目前在汽车和航空航天工业中备受关注[1,2]，因为它们具有有利的材料性能组合，例如良好的铸造性、低密度和高比强度与刚度[3,4]。通过添加合金化元素可以进一步改善其材料性能。合金化元素可以影响铝基合金中的沉淀过程，并在控制合金显微组织方面发挥关键作用。锗目前正因这些原因而被考虑使用[5]。鉴于锗与硅的相似性（硅现已广泛应用）[[5]、[6]、[7]、[8]、[9]]，将其作为合金化元素使用可提高这些合金在高温下的性能。

了解相平衡以及相在整个相图范围内的浓度和温度稳定性，对于改善现有合金的材料性能或开发新的有前景的合金至关重要。遗憾的是，关于Al-Ge-Mg体系这一方面的研究十分有限。该体系的相平衡仅由Badaeva和Kuznetsova [10]、Zobac等人[11]以及Legka等人[12]（有限程度）进行了研究。Pukas等人[6]在该体系中识别出了Al₂Ge₂Mg三元相τ，并将其晶体结构描述为与Al₂Si₂Ca化合物对应。该相仅通过其晶体结构进行了表征；与现有相平衡相关的热力学和性质未进行研究。

Zoba?等人[11]近期也对Al-Ge-Mg三元相图进行了详细的实验研究。此前在文献[6]中首次发现的三元金属间化合物相Al₂Ge₂Mg在此以及Friak等人[13]的工作中得到了证实，并获得了关于其温度稳定性、成分及相关相平衡的详细信息。

最新的理论建模由Islam等人[14]完成。该工作未包含后来由文献[6]识别出的三元金属间化合物相。

各节摘要

二元和三元体系的文献综述

相关的二元体系已多次进行了实验和理论方面的研究。鉴于文献和本工作范围内报告的新实验和理论数据，需要对Al-Mg和Ge-Mg二元子体系进行重新评估。

实验部分——γ (Al₁₂Mg₁₇) 和三元τ相的热容测量

实验合金样品由纯元素制成，采用以钛作为除氧剂的电弧熔炼炉。这些合金被密封在石英玻璃安瓿中，并在指定温度下长时间退火。退火过程通过液氮淬火终止，以防止样品与水反应时发生氧化。所得样品的化学成分和显微组织采用扫描电子显微镜进行分析，配备

理论建模

相图的热力学建模和热力学性质的计算通过半经验CALPHAD方法[74,75]实现。该方法需要可靠的实验相平衡和热力学数据，才能产生一套一致的描述所研究体系的热力学参数。一般而言，除非必要，不应更改文献中已发表的二元子体系的参数。这种需要的

二元子体系的重新评估

本工作范围内获得的新实验结果以及文献中已发表的结果表明，需要对二元子体系的评估进行重新评估。Al-Ge体系由Zobac等人[31]在本工作范围内进行了重新评估。Eslami等人[25]测得的更新的、负值较小的焓值被用于文献[31]中报告的Al-Ge重新评估。主要原因是，关于液相中Al的部分Gibbs能的实验数据

三元Al-Ge-Mg体系的评估

如第2.4节所述，Al-Ge-Mg体系有少量实验结果。文献[11]中描述了在250-450 °C温度范围内三元τ相的存在及其相平衡，这些平衡被用于评估该体系的等温截面。

本工作中测量了三元τ相的热容，如第3章所述，并将结果用于评估中的热容建模。

Badaeva和Kuznetsova [10]的数据以及

讨论

二元体系重新评估的结果在第5.2和5.3节中进行了讨论。发现与文献中的现有和新实验数据以及本工作的数据均取得了非常好的吻合，这些数据集被用于评估三元体系。此外，尽管实验数据有限且早期结果存在一些差异，三元体系的吻合度仍非常合理。

本次三元体系评估与早期评估之间的主要区别

结论

利用文献[10,11]和[14]中的现有实验结果，以及γ-Al₁₂Mg₁₇和τ相的热容测量，完成了Al-Ge-Mg体系的全面评估。由于文献[65]和本工作中提供了两个体系的新实验数据，需要对Ge-Mg和Al-Mg二元体系进行重新评估。

• -
  重新评估了Ge-Mg体系，以模拟文献[65]中报告的Mg在Mg₂Ge相中的溶解度。Mg₂Ge相的热容

CRediT作者贡献声明

A. Kroupa：概念化、数据整理、形式化分析、资金获取、调查、方法学、项目管理、撰写——初稿、撰写——审阅与编辑。T. Káňa：数据整理、调查、撰写——审阅与编辑。A. Zemanová：数据整理、调查、撰写——审阅与编辑。O. Zoba?：概念化、数据整理、形式化分析、方法学、撰写——审阅与编辑。

利益冲突声明

作者感谢捷克科学基金会项目（编号22-22187S）提供的资金支持。

致谢

作者感谢捷克科学基金会项目（编号：22-22187S）提供的资金支持。计算资源由e-INFRA CZ项目（编号：90254）提供，该项目由捷克共和国教育、青年与体育部支持。

T. Káňa|A. Zemanová|O. Zoba?