本文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：
主要作者及机构
本研究由Yu Zhang、Biao Hu、Huiqing Yin、Shuhong Liu和Yong Du共同完成。他们分别来自安徽理工大学材料科学与工程学院、中国科学院上海应用物理研究所、中南大学粉末冶金国家重点实验室以及安徽国际联合研究中心纳米碳基材料与环境健康研究所。该研究于2022年10月14日在线发表在《Journal of Phase Equilibria and Diffusion》期刊上。
学术背景
Ag-Cu基合金以其优异的导电性、高强度的钎焊接头以及良好的加工性能而闻名，广泛应用于电子工业、钎焊填料和引线框架等领域。为了进一步提升Ag-Cu合金的电气和机械性能，研究者通过添加合金元素（如Nb、Fe、Pb）来实现沉淀硬化和固溶强化。尽管含Pb焊料因其毒性已被无铅焊料取代，但研究Ag-Cu-Pb系统的相平衡仍有助于寻找替代元素（如Fe、Ni、Zn）以改善氧化行为。因此，研究Ag-Cu基三元系统的相平衡和热力学性质对于钎焊材料的制备具有重要意义。
本研究的主要目标是确定Ag-Cu-Nb系统在500°C、600°C和700°C下的等温截面，并通过CALPHAD（相图计算）方法对Ag-Cu-M（M = Nb、Fe、Pb）三元系统进行热力学评估。研究还旨在为多组分Ag-Cu合金的热力学数据库提供支持，从而为新型钎焊材料的设计和制备提供理论指导。
研究流程
1. 样品制备
研究制备了16种Ag-Cu-Nb三元合金，其名义成分列于表1中。合金的原料为纯度99.99%的银、铜和铌。合金在非自耗真空电弧熔炉中熔化，并在99.999%纯氩气保护下进行多次重熔以确保均匀性。熔炼后，样品质量损失小于1 wt.%。
热处理
合金样品用钼丝包裹后密封在真空石英管中，分别在500°C（60天）、600°C（50天）和700°C（40天）下进行退火处理，随后淬火以保留高温下的平衡显微组织。
显微组织与相成分分析
使用扫描电子显微镜（SEM）结合能谱分析（EDS）对退火合金的显微组织和相成分进行分析。EDS分析中，每个相测量三个点并取其平均值作为相成分。此外，使用X射线衍射（XRD）对退火合金进行物相鉴定，扫描范围为20°至80°，步长为0.02°。
热力学建模
基于Ag-Cu、Ag-Nb、Cu-Nb等二元系统的热力学描述以及本研究获得的实验数据，采用CALPHAD方法对Ag-Cu-M（M = Nb、Fe、Pb）三元系统进行热力学评估。溶液相（如液相、fcc相和bcc相）采用替代溶液模型描述，并通过Redlich-Kister-Muggianu多项式表达其摩尔吉布斯自由能。
数据优化与相图计算
使用PARROT优化模块对Ag-Cu-M系统的热力学参数进行优化，目标是最小化实验值与计算值之间的平方和。优化后，计算了Ag-Cu-Nb、Ag-Cu-Fe和Ag-Cu-Pb系统的等温截面和液相投影图。
主要结果
1. 实验分析结果
- 在500°C、600°C和700°C下，Ag-Cu-Nb系统均存在fcc(Ag)、fcc(Cu)和bcc(Nb)三相区。通过SEM/EDS和XRD分析，确定了各相的成分和显微组织。 - 测量了Ag在fcc(Cu)和bcc(Nb)相中的溶解度分别为3.02 at.%和0.57 at.%，Cu在fcc(Ag)和bcc(Nb)相中的溶解度分别为9.61 at.%和2.96 at.%，Nb在fcc(Ag)和fcc(Cu)相中的溶解度分别为0.56 at.%和2.19 at.%。
结论
本研究通过实验和热力学建模，首次确定了Ag-Cu-Nb系统在500°C、600°C和700°C下的相平衡，并获得了Ag-Cu-M（M = Nb、Fe、Pb）系统的热力学参数。研究结果为多组分Ag-Cu合金的设计和制备提供了重要的理论依据，特别是在钎焊材料领域的应用。此外，本研究建立的热力学数据库可用于更高阶系统的外推计算，为新型合金的开发提供了重要支持。
研究亮点
1. 重要发现
- 首次报道了Ag-Cu-Nb系统的相平衡数据，填补了该领域的研究空白。 - 确定了Ag-Cu-Nb系统在高温下的三相区及其成分范围。
方法创新
研究对象的特殊性
其他有价值的内容
本研究得到了云南省贵金属材料基因工程重大科技项目（202002AB080001-1）、国家自然科学基金（52071002）和安徽省自然科学基金（2008085QE200）的支持。作者声明无利益冲突。