高性能鋁合金的研發和應用是我國新材料產業發展規劃以及國家重點研發計劃的重要支持方向。7xxx系鋁合金，核心成分包括Al、Zn(占比5%-8%)、Mg（占比0.5%-2.5%）和Cu(占比1%-2%)，添加微量Ti和Zr元素可增強合金的焊接性，引入微量的Sc元素可對合金晶粒進行細化。7xxx系鋁合金具有高強、輕質、良好的塑性、焊接性以及低溫性能等特點，廣泛應用于航空航天、高速列車、汽車制造和高端電子產品等領域，是追求高性能和輕量化的重要材料。

以7xxx系鋁合金的開發和應用為導向，基于CALPHAD方法，Phase Lab最新上線7元鋁合金熱力學數據庫(Al-Cu-Mg-Zn-Sc-Ti-Zr)，可用于構建熱力學平衡條件下鋁合金成分與物相組成的定量化關系。當前用戶可在鴻之微云平臺點擊試用。（網址：https://cloud.hzwtech.com/web/personal-space/online-tool/online-phase-lab)

圖1 Phase Lab鋁基合金熱力學數據庫首頁

Al基熱力學數據庫基本信息

01

①元素組成

數據庫包含Al、Cu、Mg、Sc、Ti、Zn和Zr，共7種元素。

②二元系組成

數據庫包含7種元素涉及的21個二元系。

③三元系及高組元體系

數據庫當前已優化17個核心三元系和Al-Cu-Mg-Zn四元系的相平衡關系，體系名稱如下表。

④相組成

數據庫共包含93個物相。各相具體的模型信息，可通過點擊Phase Lab的“各項熱物性”計算功能并選中所有7種元素進行查看，其結果展示頁面如下所示。

圖2 Phase Lab鋁基合金熱力學數據庫物相模型信息查看頁面

基于Phase Lab進行7xxx系鋁合金熱力學計算

02

當前鋁合金熱力學數據庫以21個二元系和17個三元系熱力學參數為基礎，并優化Al-Cu-Mg-Zn四元系相平衡實驗信息，其二元、三元以及四元系相平衡計算結果與實驗數據具備良好的一致性，外推的高組元系相平衡關系合理性得到檢驗。基于數據庫和Phase Lab豐富的熱力學計算功能，可以滿足7xxx系鋁合金熱力學平衡計算的基礎需求。

Al-Mg-Zn體系是7xxx系鋁合金的核心三元系之一，Mg與Zn形成的η相(MgZn2)以及三元化合物T相(Al2Mg3Zn3)可以顯著提升合金的強度和硬度，同時適量Mg的加入可以提高合金的韌性和抗應力腐蝕性，而Zn過量可能會影響合金的抗腐蝕能力。如圖3所示，采用Phase Lab軟件并結合鋁基熱力學數據庫，可計算不同合金元素含量條件下體系的相圖，輔助元素配比和物相的精確調控，促進合金的性能優化。

圖3 不同成分下Al-Mg-Zn三元系垂直截面計算相圖

(a) x(Mg)=0.36; (b) x(Zn)=0.2

Al-Cu-Mg-Zn四元系是7xxx系鋁合金的主要組成部分，其中存在多種析出強化相，對合金的性能有重要影響，如θ相(Al2Cu)、η相(MgZn2)、T相(Al2Mg3Zn3)以及S相(Al2CuMg)等。如圖4所示，基于Phase Lab軟件和鋁基熱力學數據庫進行相圖計算，對于Al-Cu-Mg-Zn系合金的成分設計與組織調控具有重要指導作用。

圖4 不同元素含量下Al-Cu-Mg-Zn四元系733K等溫截面計算相圖

(a) w(Zn)=0.04; (b) w(Zn)=0.06;

(c) w(Zn)=0.08; (d) w(Al)=0.9

Sc和Zr是7xxx系鋁合金中重要的微量添加元素，利用計算熱力學方法來探究微量元素添加對合金在平衡狀態下物相構成的影響，已成為當前合金材料設計領域一種切實可行且高效的研究手段。如圖5所示，采用Phase Lab軟件并結合鋁基熱力學數據庫，可以實現多組分體系的復雜熱力學平衡計算，精確獲取體系合金成分-物相組成-溫度的定量化關系，為合金成分設計與組織/性能調控提供可靠的數據支持。

圖5 多組分鋁合金體系垂直截面計算相圖

(a)Al-8Zn-Mg-2Cu-0.3Sc(wt.%);

(b)Al-8Zn-Mg-2Cu-0.3Sc-0.3Zr(wt.%)