3.2.1 铜基合金的固溶度的计算
铍青铜合金是典型的析出强化型铜合金，具有良好的导电导热性能、较高的强度以及较好的机械加工性能，可以广泛应用于电子材料、控制轴承、电器材料零件以及焊接材料设备等领域。由于铍的氧化物具有毒性，为了减少工业铍青铜合金中铍的含量，通过少量添加合金元素来减小Be在FCC(Cu)中的固溶度，增加γ(B2)相的析出量以提高铍青铜合金的强度是铍青铜合金设计的主要方向。图6 所示为Ni 添加量对Be 在FCC(Cu)相中的固溶度的影响。通过与Cu-Be二元相图中的固溶度线相比可知，在FCC(Cu)相中，随着Ni 含量的增加，Be 在Cu 中的固溶度急剧减少，表明少量Be 和Ni 的复合添加可能在Cu-Be-Ni 三元系中获得更显著的析出强化效果。
图3 计算的Cu-Fe-Cr， Cu-Fe-Co， Cu-Fe-V 和Cu-Fe-Ni
三元系在1 473 K 时的等温截面相图
图4 Fe-Cu-Mo三元系纵截面相图的计算结果
图5 计算的Fe-Cu-V，Fe-Cu-Co和Fe-Cu-Mn三元系中液相的溶解度间隙
图6 计算的Cu-Ni-Be三元体系中FCC(Cu)的固溶度曲线
3.2.2 Cu-Ni 基合金中FCC相的溶解度间隙的计算
FCC相的失稳分解型铜合金也是新型高强铜合金实用材料的重点研究对象，因此，正确地把握合金元素对溶解度间隙的影响对于失稳分解型铜合金的组织设计是非常必要的。目前在工业中应用的有Cu-30Ni-2.8Cr合金，将该合金在900~1000℃保温，然后在450~760℃温度区间慢冷，可以得到FCC 相的失稳分解组织及最佳的综合性能。此外，Cu-Ni-Sn 三元系中也存在着FCC 相的失稳分解反应，但由于反应温度低，基于实验测定很难准确地确定其相边界。基于本研究中的热力学数据库，可以很容易地计算出FCC相的溶解度间隙，其计算结果如图7 所示。由图7 可见，随着Sn 的添加量的增加，FCC相的溶解度间隙的温度表示出有明显的上升，表明可以在更高温度下获得FCC 相的失稳分解组织。 3.2.3 核/壳结构铜铁复合粉体的设计与制备
目前，铜及铜合金粉末的产量仅次于铁粉、铝粉，主要用于粉末冶金制品、金刚石工具、电碳、颜料等行业，在工业生产中发挥着重要作用。铁、铜粉的烧结体和铁、铜、石墨的混合粉末烧结体被广泛应用于汽车、电子和工业机械领域。但是由于石墨和铜粉的膨胀而带来体积空间的变化以及铁和铜的润湿性不好，导致了烧结体的成分偏析和组织不均匀性等问题。近年来，本文作者巧妙地利用液相溶解度间隙的性质，利用雾化法制粉工艺(粉体内外存在温度梯度而导致液相界面能的差别作为驱动力)，在通常重力场的条件下，不需要任何复合工艺，在
世界上率先制备出具有核/壳结构的铜铁复合粉体。
图8所示为通过利用热力学数据库计算的(Fe-7.2Cr)-(Cu-7.2Cr)的纵截面相图，图中可见存在着稳定的液相的溶解度间隙。图9所示为Cu-32.4Fe-7.2Cr-0.4C(质量分数，%)合金的核/壳结构粉末的微观组织。该复合粉体具有以富(Fe-Cr)为核，以富铜为壳的复合结构，可以有效地避免铁铜粉末烧结体和铁、铜、石墨混合粉烧结体的组织不均匀性。由于富铜相具有较高的导电和导热性能，而富Fe 相具有较高的强度和硬度，因此，该类复合粉的烧结体可兼有高强高导性能。
图7 计算的Cu-Ni-Sn溶解度间隙图8 Cu-Fe-Cr三元系纵截面相图
本研究利用CALPHAD 方法，建立了Cu-X 二元系以及Cu-Fe、Cu-Ni、Cu-Cr、Cu-Co、Cu-Mo 和Cu-W基各三元系相图的热力学数据库。该数据库是新型铜基合金成分和组织设计的重要工具，将为新型铜基合金的研发提供高效的理论指导。