Phase Lab鎳基粘度數據庫

實現合金液相粘度參數的可靠預測

動力粘度是液態金屬與合金的關鍵熱物理性質之一，對結構變化和相變行為高度敏感，為研究金屬液態行為與物理特性之間的關聯提供了重要依據。基于CALPHAD方法構建鎳基高溫合金液相粘度數據庫，對于優化鎳基合金的熔煉與凝固工藝具有重要意義，能夠有效減少氣孔、縮松等缺陷的產生。同時，該數據庫還可用于鎳基合金增材制造過程中打印參數的精確調控，從而提升產品質量。此外，它也是鑄造過程數值模擬中不可或缺的關鍵模型參數。

Phase Lab團隊基于CALPHAD計算框架，通過擬合單組元、二元及高元體系的液相粘度實驗數據，成功開發了鎳基合金液相粘度數據庫。當前該數據庫已實現對多種商用鎳基合金粘度參數的可靠預測。

(一)單元系動力粘度計算

基于CALPHAD理論框架，通過評估單組元液相粘度實驗數據，建立了單組元液相粘度的CALPHAD數據庫，能夠精確預測多種單一合金元素的動力粘度。利用Phase Lab軟件結合該數據庫，計算了單組元液相粘度隨溫度的變化關系，并與實驗數據對比，具體結果如圖1所示。

圖1 單組元液相動力粘度隨溫度的變化關系 (a)Ni；(b)Al；(c)Co；(d)Cr； (e)Mo；(f)Nb；(g)Ta；(h)Ti；(i)W (二)二元系動力粘度計算

基于CALPHAD理論框架，評估二元系液相粘度實驗數據，獲取二元交互作用參數，實現不同二元系合金動力粘度的計算需求。利用Phase Lab軟件結合該數據庫，計算了4個二元系液相動力粘度隨溫度的變化關系，并與實驗數據對比，具體結果如圖2所示。

圖2 二元系液相粘度計算 (a)-(b) Al-Ni；(c)-(d) Co-Ni；(e) Cr-Ni；(f) Ni-Ta

(三)多元系粘度計算

為滿足真實鎳基合金的研發需求，在CALPHAD方法基礎上，通過建立多組元系合金粘度數據庫，可以實現商業鎳基合金以及其它多元系鎳基合金動力粘度的計算。利用Phase Lab軟件結合粘度數據庫，計算了兩個三元系液相動力粘度隨溫度的變化關系，并與實驗數據進行了對比，結果如圖3所示。

圖3 三元系液相粘度計算結果，并與實驗數據對比

(a) Al-Nb-Ti；(b) Co-Cr-Mo

圖4計算了5種商業用鎳基合金的液相粘度，可以發現其計算值與實驗值的偏差在±10%以內，這表明了當前構建的鎳基合金液相粘度數據庫在預測多元合金體系粘度參數方面的可靠性。

圖4 鎳基商業合金液相粘度計算值與實測值對比