Термодинамическая модель оценки энергии активации процесса кристаллизации многокомпонентной аморфной фазы
Автор: Горанский Георгий Георгиевич, Хина Борис Борисович, Жорник Виктор Иванович, Поболь Алексей Игоревич
Журнал: Вестник Витебского государственного технологического университета @vestnik-vstu
Рубрика: Химическая технология и экология
Статья в выпуске: 2 (27), 2014 года.
Бесплатный доступ
Объект исследования - аморфные сплавы, выступающие в качестве прекурсоров для получения нано- и субмикрокристаллических материалов и покрытий путем контролируемого нагрева, в процессе которого протекает кристаллизация аморфной фазы. Предмет исследования - термодинамика процессов зародышеобразования при кристаллизации многокомпонентных аморфных систем с оценкой энергии активации процесса и его экзотермического эффекта. Цель работы - разработка теоретических методов оценки устойчивости аморфных сплавов к кристаллизации и расчета выделяющейся теплоты превращения, включающих построение физической модели процесса кристаллизации многокомпонентных аморфных систем, позволяющей осуществлять количественный расчет изменения энергии Гиббса и энтальпии. В статье рассмотрены термодинамические аспекты зародышеобразования при кристаллизации аморфных сплавов и предложена основанная на методах CALPHAD термодинамическая модель для теоретической оценки энергии активации превращения многокомпонентной аморфной фазы в кристаллические, а также определения выделяющейся при этом теплоты. Оперируя запасенной в аморфном порошке энтальпией неравновесного фазового перехода как новым технологическим параметром, можно повышать энергоэффективность процессов консолидации аморфных дисперсий в макрообъемы, управлять их строением и свойствами, формируя субмикро- и нанокристаллические структуры, и создавать различные типы многофункциональных покрытий и изделий.
Аморфная фаза, кристаллизация, термодинамика зародышеобразования, энергия гиббса, энтальпия
Короткий адрес: https://sciup.org/142184870
IDR: 142184870
Thermodynamic model for estimating the activation energy of the crystallization of multicomponent amorphous phase
The thermodynamic model based on CALPHAD methods for the theoretical evaluation of the activation energy of the conversion of a multicomponent amorphous phase in submicron and nanocrystalline phases and for calculation of heat released at the same time is proposed. It is shown that the enthalpy of nonequilibrium phase transition stored in an amorphous powders can be considered as a new technological parameter of the crystallization process of the amorphous phase, which can be used for control of structure and properties of crystallizing materials, for improve of energy efficiency of consolidation of amorphous dispersions into macro volume as well as for formation of different types of multifunctional coatings and products.
Список литературы Термодинамическая модель оценки энергии активации процесса кристаллизации многокомпонентной аморфной фазы
- Suryanarayana, C., Inoue, A. (2011), Bulk Metallic Glasses. Boca Raton, FL, CRC Press., 523 р.
- Suryanarayana, C. (2004), Mechanical Alloying and Milling, New York, Marcel Dekker, 466 р.
- Greer, A.L. (2009), Metallic glasses on the threshold. Materials Today, (1-2), рр. 14-22.
- Mehrer, H. (2007), Diffusion in Solids:Fundamentals, Methods, Materials, Diffusion -Controlled Processes, Berlin, Springer -Verlag, 651 р.
- Perepezko, J.H., Allen, D.R., Foley, J.C. (1998), Nanocrystal development during primary crystallization of amorphous alloys. Acta Materialia, (20), рр. 431-440.
- Глезер, А.М. (2012), Принципы создания многофункциональных конструкционных материалов нового поколения. Успехи физических наук, (5), С. 559-566.
- Segal, V.M., Beyerlein, I.J., Tome, C.N., Chuvildeev, V.N., Kopylov, V.I. (2010), Fundamentals and Engineering of Severe Plastic Deformation. Hauppauge, NY, Nova Science Publ., Inc., 542 р.
- Горелик, С.С., Добаткин, С.В., Капуткина, Л.М. (2005), Рекристаллизация металлов и сплавов, Москва, МИСиС, 432 с.
- Green, P.F. (2005), Kinetics, Transport, and Structure in Hard and Soft Materials. Boca Raton, FL, CRC Press, 347 р.
- Kissinger, H.E. (1957), Reaction kinetics in differential thermal analysis. Analytical Chemistry, (11), рр.1702-1706.
- Watanabe, T., Scott, M. (1980), The crystallization of the amorphous alloy Fe 40Ni 40P 14B 6. Journal of Materials Science, (5), рр. 1131-1139.
- Buschow, K.H.J. (1981), Thermal stability of amorphous ZrCu alloys. Journal of Applied Physics, (5), рр. 3319-3323.
- Damson, B., Wurschum, R. (1996), Correlation between the kinetics of the amorphous -to -nanocrystalline transformation and the diffusion in alloys. Journal of Applied Physics, (2), рр. 747-751.
- Любов, Б.Я. (1969), Кинетическая теория фазовых превращений, Москва, Металлургия, 264 с.
- Markov, I.V. (2003), Crystal Growth for Beginners: Fundamentals of Nucleation, Crystal Growth and Epitaxy, London, World Scientifi c, 546 р.
- Миссол, В. (1978), Поверхностная энергия раздела фаз в металлах, Москва, Металлургия, 176 с.
- Jones, H. (2002), The solid-liquid interfacial energy of metals: Calculations versus measurements. Materials Letters, (4-5), рр. 364-366.
- Jian, Z., Li, N., Zhu, M., Chen, J., Chang, F., Jie, W. (2012), Temperature dependence of the crystal-melt interfacial energy of metals. Acta Materialia, (8), рр. 3590-3603.
- Белащенко, Д.К. (1970), Явления переноса в жидких металлах и полупроводниках, Москва, Атомиздат, 400 с.
- Lukas, H.L., Fries, S.G., Sundman, B. (2007), Computational Thermodynamics: The Calphad Method. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 313 p.
- Кубашевский, О., Олкокк, С.Б. (1982), Металлургическая термохимия, Москва, Металлургия, 392 с.
- Barin, I., Knacke, O. (1973), Thermochemical Properties of Inorganic Substances, Berlin, Springer-Verlag, 921 р.
- Barin, I., Knacke, O., Kubaschevski, O.(1977), Thermochemical Properties of Inorganic Substances. Supplement, Berlin, Springer -Verlag, 949 р.
- Термические константы веществ (1979), Под ред. В. П. Глушко, Москва, ВИНИТИ, 192 с.
- Термодинамические свойства индивидуальных соединений (1982), Под ред. В.П. Глушко, Москва, Наука, (1-4), 1234 с.
- Barin, I. (1995), Thermochemical Data of Pure Substances. Third Edition, New York, NY, VCH Publishers, 2003 р.
- Chase, M. W. (1998), NIST-JANAF Themochemical Tables, 4th edition. Journal of Physics and Chemistry Reference Data, (9), рр. 1-1963.
- Binnewies, M., Milke, E. (2002), Thermochemical Data of Elements and Compounds. Weinheim, Wiley-VCH Verlag GmbH, 928 р.
- Кауфман, Л., Бернстейн, Х. (1972), Расчет диаграмм состояния с помощью ЭВМ, Москва, Мир, 326 с.
- Saunders, N., Miodownik, A.P. (1998), CALPHAD (Calculation of Phase Diagrams): A Comprehensive Guide, Oxford, Elsevier Science Ltd., 479 р.
- Dan Hao, Biao Hu, Kai Zhang, Lijun Zhang, Yong Du (2014), The quaternary Al -Fe -Ni -Si phase equilibria in Al-rich corner: Experimental measurement and thermodynamic modeling. Journal of Materials Science, (3), рр. 1157-1169.
- Timoshenko, S., Young, D. (1962), Elements of Strength of Materials. Princeton: D.Van Nostrand Comp., Inc., 377 р.
