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说起相图两个字,我就想起数年以前在大学课堂上的一个情景。当时,站在讲台上的教授翻出教材,指着书中画着的Fe-C相图大声说道:今天我们讲一个很重要的相图,作为一个金属材料专业的学生,必须牢牢记住它,乃至于到了进坟墓的那一刻还能画出来。。。
当然,今天并不是想讲Fe-C 相图是怎么画的,而是想介绍相图计算。
大家都知道,可以通过实验的方式测试得到相图。但是,实验测定相图需要耗费大量的人力与物力,在高温、高压、有腐蚀性气体参与反应的条件下,还将面临成分控制、容器选择和高温测量等方面的困难,而且实验测定总是有限的、片面的,无法对体系的相图和热力学性质作一个完整、全面的了解。
那么,相图计算就是一个方便的解决方案,他通过运用热力学原理计算系统的相平衡关系并绘制出相图。
引入相图计算后,只需要对体系中相图的部分关键区域和某些关键相的热力学数据进行实验测量就可以优化出Gibbs自由能模型参数,外推计算出整个相图,建立起该体系完整的相图热力学数据库。从而大大减少了相图研究的工作量,有可能避开可能出现的实验困难。
简单来说,相图计算可以有6个重要的优势或者说意义
(1)可以用来判别实测相图数据和热化学数据本身及它们之间的一致性,从而对获得的不同实验结果进行合理的评估,为使用者提供准确可靠的相图信息;
(2)可以外推和预测相图的亚稳部分,从而得到亚稳相图;
(3)可以外推和预测多元相图,计算多元相平衡,为实际材料设计与加工工艺的制订作参考;
(4)通过计算Gibbs自由能曲线,可以预测无扩散相变的成分范围;
(5)可以提供相变动力学研究所需的相变驱动力、活度等重要信息;
(6)可以方便的获得不同热力学变量为坐标的各种相图形式,以便用于不同条件下的材料制备与使用过程的研究与控制。
那么,为什么通过相图计算可以得到相图呢?
相图计算的实质是根据目标体系中各相的晶体结构、磁性有序和化学有序转变等信息,建立起各相的热力学模型,并由这些模型构筑各相的吉布斯自由能表达式,最后通过平衡条件计算相图。其中,各相热力学模型中的待定参数根据文献报导的相平衡及热力学性质数据并借助于相图计算软件优化获得。在所获得低组元体系