METALL MATER TRANS A：新型固液界面能熱力學計算模型

編輯部實習生 6年前 (2017-10-21) 3396瀏覽

【引言】

早期的Raouh定律和Henry定律表述了二元溶液等溫熱力學行為；1964年，Wilson獲得局部分子分數并與Bohzmann因子的關聯式結合推導出Wilson方程；1973年，Miedema等將Wigner—Seitz的元胞模型運用到二元合金中，提出經驗理論模型Miedema模型。張鑒等進一步完善了前蘇聯學者丘依理論，并在其基礎上提出了原子—分子理論模型(AMCT—Ni)，通過計算二元系熔體中結構單元的質量作用濃度，建立表征其反應能力；Bale和Eriksson提出集成熱力學數據庫的概念，基于這一概念，FactSage成為了當今世界上最重要的熱力學數據庫和計算軟件，結合使用SGTE等國際上知名數據庫，為模擬和計算眾多復雜熱力學體系提供了可能。直到最近，我國中南大學杜勇教授利用CALPHAD技術對界面進行球面幾何學研究，結合Thermo-Calc 吉布斯自由，兩者相輔相承，得出進展，跨出了固液界面能熱力學計算的一大步。

【成果簡介】??

固液界面能是描述固液兩相之間存在狀態的一種熱力學性質。對材料的熱力學性質的特性的實驗測定過程是復雜的，而且固液結合測試的組合數量是大量且繁瑣的，從而通過模型模擬實驗成為了學者們獲取大量數據的有利通道。Benedictus’ 模型對CALPHAD (CALculation of PHAse Diagrams)溫度上和焓值和熵值不同濃度依賴性的分布進行修正，與Warren吻合。中南大學教授杜勇在此篇論文提出一種新研究得出的固液界面能熱動力學模型。在參考各文獻已知關于某材料化學能、機構能后，聯系此材料內固相熔點和摩爾界面面積因素，并使用CALPHAD技術和對界面進行球面幾何學理論進行結合，對熱力學計算模型進行改進，其所得估計吻合實驗值，甚至比Warren所得值更精確。對于多元化合物，此模型可以由實驗者所提供的多成分體系看作保持其化學計量和分子的單一種類計算，并且其計算所得數值現已與各種經過大量實驗獲得的合金和金屬碳化物的復雜綜合數據庫液固界能數據對比后吻合。另外，此模型還由擴展程序，即可以通過輸入關鍵參數而得到微觀結構的模擬模型。比如，在液相燒結中的晶粒進行長大模擬，已經獲得數據加以佐證。該成果以“A Novel Thermodynamic Model for Obtaining Solid–Liquid Interfacial Energies”為題于2017年10月6日發表在Metallurgical and Materials Transaction A上。

【圖文導讀】

1）A-B體系摩爾自由能曲線