Phase Lab镍基合金液相粘度数据库:实现可靠粘度参数预测

Phase Lab镍基粘度数据库

实现合金液相粘度参数的可靠预测

动力粘度是液态金属与合金的关键热物理性质之一，对结构变化和相变行为高度敏感，为研究金属液态行为与物理特性之间的关联提供了重要依据。基于CALPHAD方法构建镍基高温合金液相粘度数据库，对于优化镍基合金的熔炼与凝固工艺具有重要意义，能够有效减少气孔、缩松等缺陷的产生。同时，该数据库还可用于镍基合金增材制造过程中打印参数的精确调控，从而提升产品质量。此外，它也是铸造过程数值模拟中不可或缺的关键模型参数。

Phase Lab团队基于CALPHAD计算框架，通过拟合单组元、二元及高元体系的液相粘度实验数据，成功开发了镍基合金液相粘度数据库。当前该数据库已实现对多种商用镍基合金粘度参数的可靠预测。

(一)单元系动力粘度计算

基于CALPHAD理论框架，通过评估单组元液相粘度实验数据，建立了单组元液相粘度的CALPHAD数据库，能够精确预测多种单一合金元素的动力粘度。利用Phase Lab软件结合该数据库，计算了单组元液相粘度随温度的变化关系，并与实验数据对比，具体结果如图1所示。

图1 单组元液相动力粘度随温度的变化关系 (a)Ni；(b)Al；(c)Co；(d)Cr； (e)Mo；(f)Nb；(g)Ta；(h)Ti；(i)W (二)二元系动力粘度计算

基于CALPHAD理论框架，评估二元系液相粘度实验数据，获取二元交互作用参数，实现不同二元系合金动力粘度的计算需求。利用Phase Lab软件结合该数据库，计算了4个二元系液相动力粘度随温度的变化关系，并与实验数据对比，具体结果如图2所示。

图2 二元系液相粘度计算 (a)-(b) Al-Ni；(c)-(d) Co-Ni；(e) Cr-Ni；(f) Ni-Ta

(三)多元系粘度计算

为满足真实镍基合金的研发需求，在CALPHAD方法基础上，通过建立多组元系合金粘度数据库，可以实现商业镍基合金以及其它多元系镍基合金动力粘度的计算。利用Phase Lab软件结合粘度数据库，计算了两个三元系液相动力粘度随温度的变化关系，并与实验数据进行了对比，结果如图3所示。

图3 三元系液相粘度计算结果，并与实验数据对比

(a) Al-Nb-Ti；(b) Co-Cr-Mo

图4计算了5种商业用镍基合金的液相粘度，可以发现其计算值与实验值的偏差在±10%以内，这表明了当前构建的镍基合金液相粘度数据库在预测多元合金体系粘度参数方面的可靠性。

图4 镍基商业合金液相粘度计算值与实测值对比