D0I:10.13374/i.issn1001053x.2002.03.082 第24卷第3期 北京科技大学学报 Vol.24 No.3 2002年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2002 Ni-Ga二元系的热力学计算 袁文霞” HIpser 乔芝郁引 1)北京科技大学应用科学学院，北京I000832)Institut fur Anorganische Chemie,Universitat Wien,.A-l090Wicn,Austria 3)北京科技大学冶金学院，北京100083 摘要采用CALPHAD技术评估了NiGa二元系的相图和热力学性质.用双亚晶格模型描 述2个有序相(L1-Ni,Ga和B,-NiGa)的热力学行为，并在优化过程中考虑了fccN)和LlNi,Ga 相的有序-无序转变.溶液相（液相，fec-(Ni))固溶体）的热力学模型采用Redlich-Kister方程，其 余5个中间化合物被视为整比化合物. 关键词Ni-Ga系；相图计算；热力学：CALPHAD技术 分类号TG113.14 Ni基超合金，如NiAI等，由于具有优异的 x=0.28(摩尔分数，以下成分均指Ga的摩尔分 高温性质，而引起广泛重视"列.Ni,Ga金属间化 数(1484K).随后Pearson等用XRD和DTA研 合物具有与Ni,AI相同的晶体结构.为了更多地 究指出了a'-Ni,Ga超结构和Ni,Ga的存在；并且 了解NiGa二元系，尤其是Ni,Ga系化合物的性 指出Ga在(Ni)固溶体中的最大溶解度为0.243 质，有必要利用CALPHAD技术对NiGa二元 (l485K).Feschotte等m对该体系又重新进行了 系进行热力学评估 实验测定，获得了较为全面，合理的实验相图 NiGa体系中间化合物众多，晶体结构类 随后Lee等在：此基础上评估了该二元系.但他 型各异，其二元相图的热力学优化计算还很少 们在固相转变温度和x,为0.25到0.45范围内的 有人涉及.最近Grobner等基于研究MGa-N 一些相边界温度上仍有较大的差异.Ipser等 (M=Ni,Co,Pd,Cr)三元体系相平衡的需要，对该 用XRD法和DTA法测定了NiGa体系xcm为0.40 二元系做了十分粗略的热力学分析.为简单化， 到0.60范围的相图，结果表明NiGa-B,相的相 仅仅考虑了该体系中只存在1个非整比化合物 边界在富Ga区内要比文献值宽.Micke等o用 NiGa(B,结构)，有序的Ni,Ga相被视为整比化合 XRD和二元扩散偶的方法重点研究了x为0.30 物：选取的某些热力学模型也不尽合理. 到0.45的NiGa相图，并确定了873K至1173 本工作的月的是在各种热力学实验数据和 K内GaNi-Sb体系固相下的相关系.他们认为 相图评估的基础上，利用可靠的热力学和相平 Ni,Ga的均相范围要比文献值小.Ikeda等m用电 衡数据，合理选择描述体系中各相的热力学模 子探针微区分析对其有L1,结构的中间相Ni,Ga 型，对NiGa二元系进行优化计算. (1073K-1373K)和Ni,Ge(1073K-1346K)的周 溶范用做了研究，指出Ni,Ga在富Ga侧的固溶 1实验数据评估 范围比文献值小 1.1相平衡数据 考虑到文献[6,7]实验结果较可靠，本工作 NiGa二元系相图最早始于Hellner采用 在优化过程中采用了他们的数据.上述文献都 X射线衍射(XRD)、差热分析(DTA)等方法的研 没有给出Ni在(Ga)中的溶解度，因此本T作认 究，他报道了该体系中存在6个中间化合物：B- 为固态Ga为一纯相. NiGa,8-NisGa,Y-NiGaz,Y'-NinGas,B'-NiGa, 12热力学性质数据 e-NiGa;Ga在Ni固溶体中的最大溶解度为 Martosudirjo等和Jacobi等u用量热法（以 液态锡为熔剂)测量了300K时Ni-Ga体系各固 收稿日期2002-0104袁文霞女，31岁，讲师.博士 *国家自然科学基金资助课题(No.29871005)和奥地利科学基金联合资助项目(No.P12962-CHE)第 2 4 卷 第 3 期 2 0 0 2 年 6 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l 一 f U n i v e r s i yt o f s e i e 一I c e a n d cT c h n o l o g y B e ij i n g V心1 . 2 4 N o . 3 J u o . 2 0 0 2 N i- G a 二元 系的热力学计算 袁文 霞 ” H I P s e r Z , 乔芝郁 ” l )北京科技大学应用科学学院 , 北京 10 0 0 83 2 ) I n s t j t u r 允 r A n oyg a n s s e h e e h e m s e , u 。 , v e sr i位t w s e n , A 一 l o g o w i e n , A u s tr i a 3 ) 北京科技大学冶金学 院 , 北京 10 0 0 83 摘 要 采 用 C A L P H A D 技术 评估 了 iN 毛 a 二 元系 的相图 和热力 学性质 . 用 双亚 晶格模 型描 述 2 个 有序相 ( L 1 2 一 N i 3 o a 和 B Z一 N IG a ) 的热力学行 为 , 并在优化 过程 中考虑 了 cf e戒卜i )和 L I犷卜i 3 o a 相 的有序一 无序转 变 . 溶 液相 (液相 、 cf c 一 困 i) 固溶 体) 的热 力学模 型 采 用 R de lich 一 iK st er 方程 , 其 余 5 个 中间化合 物被视 为整 比化合 物 . 关 键词 N i一 G a 系; 相 图计算 ; 热力学 ; C A L P H A D 技 术 分 类号 T G 1 1 3 . ] 4 N i 基超 合金 , 如 iN 3 AI 等 , 由于 具有优异 的 高温性质 , 而 引起 广泛重视 「’ 3] . N i 3 G a 金属 间化 合物具有与iN 3 AI 相 同的 晶体结构 . 为了更多地 了解 N i书 a 二 元系 ,尤其是 iN 3 G a 系化合物 的性 质 , 有必要 利用 C A L P H A D 技术对 iN 毛 a 二元 系 进行热力学评估 . N i毛 a 体 系中间化合 物众 多 , 晶体结构类 型 各异 , 其 二元相 图 的热力学 优化计算还 很 少 有人 涉及 . 最近 G 苗b ne r 等 ’ 4] 基于 研究 M毛 a es ~ N ( M = N i , C o , p d , C r ) 二 元体 系相平衡 的需要 , 对该 二元系做 了十分粗略 的热力学分析 . 为简单化 , 仅仅考虑 了该体系 中只 存在 l 个非整 比化合物 N IG a ( B Z 结构 ) , 有序 的N i 3 G a 相 被视 为整 比化合 物 ; 选 取的某些 热力学模型 也不 尽合理 . 本工作 的 目的 是 在各种热力学实验数据和 相图 评估 的 基 础 上 , 利用 可 靠 的热力学 和相 平 衡数据 , 合理选择描述体系 中各相 的热 力学模 型 , 对 iN 毛 a 二元系进 行优化计算 . 1 实 验数据评估 1 . 1 相 平衡数据 N i一 a 二元系 相图最 早始于 H e ll n e r l , , 采用 X 射线衍射 (x R D ) 、 差 热分析 ( D TA )等方法 的研 究 , 他报道 了该体系中存在 6 个 中间 化合物 : p 一 N IG a , 6 一 N i 5 G a 3 , Y一 N i 3 G 氏 , Y ` 一 N i l , G a g , p `一 N i Z G a 3 , “ 一 N IG 氏 ; G a 在 N i 固溶体 中的最大溶解度 为 。 .0 28 (摩 尔分数 , 以 下 成分均指 G a 的摩尔分 数 )( 1 4 8 4 K ) . 随后 P e ar s o n 等 环,用 X RD 和 D TA 研 究指 出 了 a -, N i : G a 超结构和 iN 3 G 翔 的存 在 ;并且 指 出 G a 在 (iN ) 固溶体 中的最 大溶解度为 .0 2 43 ( 1 4 s 5 K ) . Fe s c h o t e 等 `, ,对该体 系又 重新 进行 了 实验测定 , 获得 了较为全面 、 合 理的实验相 图 . 随后 eL e 等 【引在此基础上评估 了 该二元系 . 但他 们在固相转变温度和介 a 为 0 . 25 到 .0 45 范围内的 一些 相 边界 温 度上 仍有较 大的 差异 . Ip se r 等 `9j 用 X R D 法和 D AT 法测定 了 iN 一 a 体 系介 : 为 .0 40 到 0 . 6 0 范围的相图 , 结 果表 明 NI G a书 2 相的 相 边 界 在富 G a 仄 内要 比文献值宽 . M ic ke 等 L, 0j 用 X RD 和 二元扩散偶 的方法重点研究了介 。 为 0 . 30 到 0 . 4 5 的 N i一G a 相 图 , 并 确定 了 8 7 3 K 至 1 17 3 K 内 G a ` N i一s b 体系固 相下 的相关 系 . 他们认 为 N i 3 G a 的均相 范围要 比 文献值小 . Ike da 等 `川用 电 子探针微 区分析对具 有 1L 2 结构 的中间 相iN 石a ( 1 0 7 3 K 一 1 3 7 3 K ) 和 N i , G e ( 1 0 7 3 K 一 1 3 4 6 K ) 的 固 溶范 围做了 研究 , 指 出 iN 3 G a 在 富 G a 侧 的 固溶 范围 比文 献值小 . 考虑 到 文 献 环 , 71 实验结 果较可 靠 , 本上 作 在优 化过 程中采用 了他们 的数据 . 上述文 献都 没有 给出 iN 在 ( G a) 中的 溶解 度 , 因 此本工 作认 为 固态 G a 为一 纯相 . 1 . 2 热 力学性质数据 M a rt o s u d i jr o 等 ” , ,和 J a c o b i 等 `” ,用 量热法 (以 液态 锡 为熔 剂 )测量 了 30 0 K 时 N i一 a 体 系各 固 收稿 日期 2 0 02 习 l一 4 袁文 霞 女 , 31 岁 , 讲 师 , 博 士 * 国家 自然科学基金 资助课题 (N 。 . 2 9 8 71 0 0 5) 和奥地 利科学 基金联合 资助项 目 (N o . P 12 9 6 2 一 C H )E DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2002. 03. 082