Nghiên cứu tính chất nhiệt động của hợp kim xen kẽ nhị nguyên và tam nguyên có khuyết tật với các cấu trúc lập phương tâm diện và lập phương tâm khối

Nghiên cứu tính chất nhiệt động của hợp kim xen kẽ nhị nguyên và tam nguyên có khuyết tật với các cấu trúc lập phương tâm diện và lập phương tâm khối.Nghiên cứu tính chất nhiệt động của hợp kim xen kẽ nhị nguyên và tam nguyên có khuyết tật với các cấu trúc lập phương tâm diện và lập phương tâm khối.Nghiên cứu tính chất nhiệt động của hợp kim xen kẽ nhị nguyên và tam nguyên có khuyết tật với các cấu trúc lập phương tâm diện và lập phương tâm khối.Nghiên cứu tính chất nhiệt động của hợp kim xen kẽ nhị nguyên và tam nguyên có khuyết tật với các cấu trúc lập phương tâm diện và lập phương tâm khối.Nghiên cứu tính chất nhiệt động của hợp kim xen kẽ nhị nguyên và tam nguyên có khuyết tật với các cấu trúc lập phương tâm diện và lập phương tâm khối.Nghiên cứu tính chất nhiệt động của hợp kim xen kẽ nhị nguyên và tam nguyên có khuyết tật với các cấu trúc lập phương tâm diện và lập phương tâm khối.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI LÊ HỒNG VIỆT NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG CỦA HỢP KIM XEN KẼ NHỊ NGUYÊN VÀ TAM NGUYÊN CÓ KHUYẾT TẬT VỚI CÁC CẤU TRÚC LẬP PHƯƠNG TÂM DIỆN VÀ LẬP PHƯƠNG TÂM KHỐI DỰ THẢO LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ HÀ NỘI - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI LÊ HỒNG VIỆT NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG CỦA HỢP KIM XEN KẼ NHỊ NGUYÊN VÀ TAM NGUYÊN CÓ KHUYẾT TẬT VỚI CÁC CẤU TRÚC LẬP PHƯƠNG TÂM DIỆN VÀ LẬP PHƯƠNG TÂM KHỐI Chun ngành: Vật lí lý thuyết Vật lí tốn Mã số: 44 01 03 DỰ THẢO LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Nguyễn Quang Học TS Phạm Thị Minh Hạnh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án “Nghiên cứu tính chất nhiệt động hợp kim xen kẽ nhị nguyên tam nguyên có khuyết tật với cấu trúc lập phương tâm diện lập phương tâm khối” cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu trình bày luận án trung thực, đồng tác giả cho phép sử dụng chưa công bố cơng trình khác NGHIÊN CỨU SINH Lê Hồng Việt LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đề tài “Nghiên cứu tính chất nhiệt động hợp kim xen kẽ nhị nguyên tam nguyên có khuyết tật với cấu trúc lập phương tâm diện lập phương tâm khối”, nhận nhiều giúp đỡ, tạo điều kiện tập thể lãnh đạo Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, Trường Sĩ quan Lục quân 1, nhà khoa học, bạn bè, đồng nghiệp… Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn chân thành giúp đỡ Trước tiên, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Quang Học TS Phạm Thị Minh Hạnh, thầy ln theo sát, tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình nghiên cứu thực luận án Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu, Phịng Đào tạo, Khoa Vật lí Trường Đại học Sư phạm Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi sở vật chất, hỗ trợ kinh phí thủ tục hành để tơi hồn thành luận án Xin chân thành cảm ơn cán bộ, giảng viên cơng tác Bộ mơn Vật lí lý thuyết, Khoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội hết lòng giúp đỡ, chia sẻ kiến thức động viên tinh thần suốt trình học tập, nghiên cứu Tôi xin cảm ơn lãnh đạo Trường Sĩ quan Lục quân 1, Khoa Khoa học Tự nhiên, Bộ mơn Vật lí tồn thể bạn bè, đồng nghiệp công tác Trường Sĩ quan Lục quân nhiệt tình giúp đỡ chia sẻ kinh nghiệm giúp tơi hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn nhóm nghiên cứu Phương pháp thống kê mômen giúp đỡ, hỗ trợ suốt thời gian thực đề tài nghiên cứu nhóm Tơi xin chân thành cảm ơn q thầy cô hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp sở nhận xét, đóng góp ý kiến q báu để hồn thiện luận án Cuối cùng, tơi xin dành tất yêu thương lời cảm ơn tới gia đình, bố mẹ, anh, chị em người thân niềm động viên mạnh mẽ giúp thực luận án NGHIÊN CỨU SINH Lê Hồng Việt DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Tiếng Anh Chữ viết tắt Tiếng Việt First-principle calculation AB INITIO Tính tốn từ nguyên lí Calculation of phase diagram CALPHAD Tính tốn giản đồ pha CT Cơng trình Diamond anvil cell DAC Ô mạng đế kim cương Embbedded atom method EAM Phương pháp nguyên tử nhúng Experiments TN Thực nghiệm Fast X – ray diffraction XRD Nhiễu xạ tia X nhanh Substitutional alloy SA Hợp kim thay Interstitial alloy IA Hợp kim xen kẽ Defective alloy KT Hợp kim có khuyết tật Hexagonal close-packed HCP Lục giác xếp chặt Laser- heated diamond anvil cell LH DAC Face-centered cubic FCC Lập phương tâm diện Body-centered cubic BCC Lập phương tâm khối Perfect alloy LT Hợp kim lí tưởng Monte Carlo simulation MCS Mô Monte Carlo Molecular dynamics MD Động lực học phân tử Molecular dynamics-extended Finnis-Sinclair potential Molecular dynamics-pressure- dependent embedded atom-method Ô mạng đế kim cương nung nóng laze Thế Finnis-Sinclair mở rộng động MD-EFS lực học phân tử MD-PDEAM Phương pháp nguyên tử nhúng phụ thuộc áp suất động lực học phân tử Mie-Lennard-Jones potential MLJ Thế Mie-Lennard-Jones Statistical moment method SMM Phương pháp thống kê mômen Quantum embedded atom method force field Vacancy qEAM FF V Trường lực phương pháp nguyên tử nhúng lượng tử Nút khuyết DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các thông số MLJ 47 Bảng 2.2 Một số đại lượng nhiệt động Au, AuSi P = 49 Bảng 2.3 Một số đại lượng nhiệt động Pt, PtSi P = 52 Bảng 2.4 Sự phụ thuộc hệ số dãn nở nhiệt vào nhiệt độ Au P = 54 Bảng 2.5 Sự phụ thuộc nhiệt dung đẳng áp vào nhiệt độ Au P = 54 Bảng 2.6 Sự phụ thuộc nhiệt dung đẳng áp vào nhiệt độ Pt P = 55 Bảng 3.1 Các thông số MLJ n-m 64 Bảng 3.2 Một số đại lượng nhiệt động AuCu, AuCuSi P = 0, cCu = 10% 65 Bảng 3.3 Một số đại lượng nhiệt động AuSi, AuCuSi P = 0, cSi = 1% 66 Bảng 3.4 Một số đại lượng nhiệt động PtCu, PtCuSi P = 0, cCu = 10% 67 Bảng 3.5 Một số đại lượng nhiệt động PtSi, PtCuSi P = 0, cSi = 1% 68 Bảng 3.6 Một số đại lượng nhiệt động FeCr, FeCrSi P = 0, cCr = 10% 75 Bảng 3.7 Một số đại lượng nhiệt động FeSi, FeCrSi P = 0, cSi = 5% 76 Bảng 3.8 Một số đại lượng nhiệt động VW, VWSi P = 0, cW = 10% 77 Bảng 3.9 Một số đại lượng nhiệt động VSi, VWSi P = 0, cSi= 1% .78 Bảng 3.10 Nồng độ nút khuyết cân bằng FeCrSi P = GPa, cCr = 10% 82 Bảng 3.11 Nồng độ nút khuyết cân bằng FeCrSi P = 10 GPa, cCr = 10% .83 Bảng 3.12 Nồng độ nút khuyết cân bằng FeCrSi P = GPa, cSi = 5% 83 Bảng 3.13 Nồng độ nút khuyết cân bằng VWSi P = 80 GPa, cW = 10% 83 Bảng 3.14 Nhiệt độ nóng chảy kim loại tỉ số nhiệt độ nóng chảy kim loại nhiệt độ nóng chảy Fe kim loại Fe, Cr, V, W P = theo TN .84 Bảng 3.15 Sự phụ thuộc T Fe (LT), Fe (KT) tính SMM Fe theo TN 85 Bảng 3.16 Sự phụ thuộc CP Fe (LT), Fe(KT) tính SMM Fe theo TN 85 Bảng 4.1 Các thông số MLJ n-m 100 Bảng 4.2 nv điểm nóng chảy Ta W P = tính SMM theo TN 101 Bảng 4.3 Các độ dốc đường cong nóng chảy TaSi WSi P = 103 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Giản đồ pha Fe [110] 10 Hình 1.2 Các khuyết tật điểm mạng tinh thể 14 Hình 1.3 Nồng độ nút khuyết cân bằng số kim loại [48] 16 Hình 2.1 Mơ hình IA AC với cấu trúc FCC 31 Hình 2.2 Mơ hình IA AC với cấu trúc BCC 31 Hình 2.3 nv  P, cSi  AuSi (KT) 50 Hình 2.4 a(T, cSi) AuSi (LT) 50 Hình 2.5 a(P, cSi) AuSi (LT) 50 Hình 2.6 αT(T, cSi) AuSi (LT) AuSi (KT) P = 12 GPa 50 Hình 2.7 αT(P, cSi) AuSi (LT) AuSi (KT) T = 1200 K 50 Hình 2.8 CP(T, cSi) AuSi (LT) .50 Hình 2.9 CP(P, cSi) AuSi (LT) AuSi (KT) T = 1200 K 51 Hình 2.10 nv (T) số kim loại [37] 51 Hình 2.11 T T , cSi  PtSi (LT) PtSi (KT) P = 80 GPa 53 Hình 2.12 T P , cSi  PtSi (LT) PtSi (KT) T = 1700 K 53 Hình 2.13 CP T , cSi  PtSi (LT) PtSi (KT) P = 80 GPa 53 Hình 2.14 CP P , cSi  PtSi (LT) PtSi (KT) T = 1700 K 53 Hình 3.1 Mơ hình IA ABC với cấu trúc FCC 57 Hình 3.2 Mơ hình IA ABC với cấu trúc BCC 58 Hình 3.3 nv(T, cSi) AuCuSi P = GPa, cCu = 10% 69 Hình 3.4 nv(T, cCu) AuCuSi P = GPa, cSi = 1% .69 Hình 3.5 nv(P, cSi) AuCuSi 69 Hình 3.6 nv(P, cCu) AuCuSi .69 Hình 3.7 uo(a) Au AuCu 69 Hình 3.8 uo(a) Au (LT) Au (KT) .69 Hình 3.9 uo(a) Pt (LT) Pt (KT) 70 Hình 3.10 αT(T, cSi) AuCuSi (LT) AuCuSi (KT) P = 12 GPa, cCu = 10% 70 Hình 3.11 αT(T, cCu) AuCuSi (LT) AuCuSi (KT) P = 12 GPa, cSi = 1% .70 Hình 3.12 αT(P, cSi) AuCuSi (LT) AuCuSi (KT) T = 1300 K, cCu = 10% 70 Hình 3.13 αT(P, cCu) AuCuSi (LT) AuCuSi (KT) T = 1300 K, cSi = 1% 70 Hình 3.14 αT(T, cSi) AuCuSi (LT) AuCuSi (KT) P = 80 GPa, cCu = 10% 70 Hình 3.15 αT(T, cCu) AuCuSi (LT) AuCuSi (KT) P = 80 GPa, cSi= 1% .71 Hình 3.16 αT(P, cSi) AuCuSi (LT) AuCuSi (KT) T = 2000 K, cCu = 10% 71 Hình 3.17 αT(P, cCu) AuCuSi (LT) AuCuSi (KT) T = 2000 K, cSi = 1% .71 Hình 3.18 CP(T, cSi) AuCuSi (LT) AuCuSi (KT) P = 12 GPa, cCu = 10% 71 Hình 3.19 CP(T, cCu) AuCuSi (LT) AuCuSi (KT) P = 12 GPa, cSi = 1% 71 Hình 3.20 CP(P, cSi) AuCuSi (LT) AuCuSi (KT) T = 1300 K, cCu = 10% 71 Hình 3.21 CP(P, cCu) AuCuSi (LT) AuCuSi (KT) T = 1300 K, cSi = 1% 72 Hình 3.22 CP(T, cSi) PtCuSi(LT) PtCuSi (KT) P = 80 GPa, cCu = 10% 72 Hình 3.23 CP(T, cCu) PtCuSi(LT) PtCuSi (KT) P = 80 GPa, cSi = 1% 72 Hình 3.24 CP(P, cSi) PtCuSi(LT) PtCuSi (KT) T = 2000 K, cCu = 10% 72 Hình 3.25 CP(P, cCu) PtCuSi(LT) PtCuSi (KT) T = 2000 K, cSi = 1% 72 Hình 3.26 αT(T, cSi) FeCrSi P = 10 GPa, cCr = 10% 79 Hình 3.27 αT(T, cCr) FeCrSi P = 10 GPa, cSi = 5% 79 Hình 3.28 αT(P, cSi) FeCrSi T = 1000 K, cCr = 10% 79 Hình 3.29 αT(P, cCr) FeCrSi T = 1000 K, cSi = 5% 79 Hình 3.30 αT(T, cSi) VWSi P = 80 GPa, cW = 10% 79 Hình 3.31 αT(T, cW) VWSi P = 80 GPa, cSi = 1% 79 Hình 3.32 αT(P, cSi) VWSi T = 2100 K, cW = 10% 80 Hình 3.33 αT(P, cW) VWSi T = 2100 K, cSi = 1% 80 Hình 3.34 CP(T, cSi) FeCrSi P = 10 GPa, cCr = 10% .80 Hình 3.35 CP(T,cCr) FeCrSi P = 10 GPa, cSi= 5% 80 Hình 3.36 CP(P, cSi) FeCrSi T = 1000 K, cCr = 10% .80 Hình 3.37 CP(P, cCr) FeCrSi T = 1000 K, cSi = 5% 80 Hình 3.38 CP(T, cSi) VWSi P = 80 GPa, cW = 10% 81 Hình 3.39 CP(T, cW) VWSi P = 80 GPa, cSi = 1% 81 Hình 3.40 CP(P, cSi) VWSi T = 2100 K, cW = 10% 81 Hình 3.41 CP(P, cW) VWSi T = 2100 K, cSi = 1% 81 Hình 4.1 Tm(P) Ta thu SMM, tính tốn khác theo TN .101 Hình 4.2 Tm(P) W thu SMM, TN tính tốn khác 101 Hình 4.3 Tm(cSi) TaSi P = thu SMM CALPHAD 102 Hình 4.4 Tm(cSi) WSi P = thu SMM CALPHAD 102 Hình 4.5 Tm(P) TaSi với cSi = 1% tính SMM 103 Hình 4.6 Tm(P) WSi với cSi = 1% tính SMM 103 Hình 4.7 Đường cong nóng chảy -Fe .104 Hình 4.8 Ảnh hưởng nguyên tử xen kẽ C lên nhiệt độ nóng chảy -FeC 105 Hình 4.9 Đường cong nóng chảy -FeC cC = 0, 3, 9% theo SMM 106 Hình 4.10 Sự phụ thuộc nhiệt độ nhiệt động Gibbs α-Fe γ-Fe .107 Hình 4.11 Sự phụ thuộc nhiệt độ nhiệt động Gibbs α-Fe γ-Fe 107 Hình 4.12 Sự phụ thuộc nhiệt độ nhiệt động Gibbs α-Fe γ-Fe 108 Hình 4.13 Đường chuyển pha cấu trúc α-Fe γ-Fe cho SMM TN 108 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH .3 MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……………………………………………………………………………………… 1.1 Hợp kim xen kẽ 1.1.1.Hợp kim xen kẽ nhị nguyên với cấu trúc lập phương .9 1.1.2.Hợp kim xen kẽ tam nguyên với cấu trúc lập phương 13 1.2 Lý thuyết nút khuyết 14 1.3 Một số phương pháp nghiên cứu tính chất nhiệt động kim loại hợp kim 23 1.4 Phương pháp thống kê mômen 26 Kết luận chương 30 CHƯƠNG TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG CỦA HỢP KIM XEN KẼ NHỊ NGUYÊN CÓ KHUYẾT TẬT VỚI CẤU TRÚC LẬP PHƯƠNG……………………………………………… 31 2.1 Hợp kim xen kẽ nhị nguyên lí tưởng với cấu trúc lập phương .31 2.1.1.Mơ hình hợp kim 31 2.1.2.Năng lượng tự Helmholtz .32 2.1.3.Năng lượng liên kết thông số hợp kim 32 2.1.4.Khoảng lân cận gần trung bình hai nguyên tử 37 2.2 Hợp kim xen kẽ nhị nguyên có khuyết tật với cấu trúc lập phương 38 2.2.1.Năng lượng tự Helmholtz .38 2.2.2.Độ dời nguyên tử từ vị trí cân 39 2.2.3.Nồng độ nút khuyết cân 40 2.3 Các đại lượng nhiệt động .43 2.3.1.Hệ số nén đẳng nhiệt môđun đàn hồi đẳng nhiệt 43 2.3.2.Hệ số dãn nở nhiệt 43 2.3.3.Năng lượng 44 2.3.4.Entrôpi 44 2.3.5.Nhiệt dung đẳng tích 45 2.3.6.Nhiệt dung đẳng áp 45 2.3.7.Hệ số nén đoạn nhiệt môđun đàn hồi đoạn nhiệt 45 2.3.8.Thông số Gruneisen 45 2.4 Kết tính số đại lượng nhiệt động hợp kim xen kẽ AuSi PtSi 46 2.4.1.Thế tương tác nguyên tử hợp kim xen kẽ .46 2.4.2.Kết tính số đại lượng nhiệt động AuSi, PtSi 48 Kết luận chương 56 CHƯƠNG TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG CỦA HỢP KIM XEN KẼ TAM NGUYÊN CÓ KHUYẾT TẬT VỚI CẤU TRÚC LẬP PHƯƠNG…………………………………… 57 3.1 Hợp kim xen kẽ tam nguyên lí tưởng với cấu trúc lập phương 57 3.1.1 Mơ hình hợp kim 57 3.1.2 Năng lượng tự Helmholtz .58 3.1.3 Năng lượng liên kết thông số hợp kim 58 3.1.4 Khoảng lân cận gần trung bình hai nguyên tử 59 3.2 Hợp kim xen kẽ tam nguyên có khuyết tật với cấu trúc lập phương 59 3.2.1 Năng lượng tự Helmholtz .59 3.2.2 Độ dời nguyên tử từ vị trí cân 61 3.2.3 Nồng độ nút khuyết cân 61 3.3 Các đại lượng nhiệt động 62 3.3.1 Hệ số nén đẳng nhiệt môđun đàn hồi đẳng nhiệt 62 3.3.2 Hệ số dãn nở nhiệt 62 3.3.3 Năng lượng 63 3.3.4 Entrôpi 63 3.3.5 Nhiệt dung đẳng tích 63 3.3.6 Nhiệt dung đẳng áp 64 3.3.7 Hệ số nén đoạn nhiệt môđun đàn hồi đoạn nhiệt 64 3.3.8 Thông số Gruneisen 64 3.4 Kết tính số đại lượng nhiệt động hợp kim xen kẽ 64 3.4.1 Kết tính số đại lượng nhiệt động AuCuSi, PtCuSi cấu trúc FCC 64 3.4.2 Kết tính số đại lượng nhiệt động FeCrSi, VWSi cấu trúc BCC .74 Kết luận chương 86 CHƯƠNG NÓNG CHẢY VÀ CHUYỂN PHA CẤU TRÚC CỦA HỢP KIM XEN KẼ NHỊ NGUYÊN VÀ TAM NGUYÊN CÓ KHUYẾT TẬT VỚI CẤU TRÚC LẬP PHƯƠNG………………………………………………………………………………….87 4.1 Nóng chảy chuyển pha cấu trúc hợp kim xen kẽ nhị nguyên có khuyết tật với cấu trúc lập phương 87 4.1.1 Lý thuyết nóng chảy 87 4.1.2 Lý thuyết chuyển pha cấu trúc 94 4.2 Nóng chảy chuyển pha cấu trúc hợp kim xen kẽ tam nguyên có khuyết tật với cấu trúc lập phương 96 4.2.1 Lý thuyết nóng chảy 96 4.2.2 Lý thuyết chuyển pha cấu trúc 99 4.3 Tính số nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ chuyển pha cấu trúc 100 4.3.1 Kết tính số nhiệt độ nóng chảy hợp kim xen kẽ TaSi, WSi, FeC 100  ... tượng nghiên cứu phương pháp nghiên cứu; - Chương 2: Tính chất nhiệt động hợp kim xen kẽ nhị nguyên có khuyết tật với cấu trúc lập phương; - Chương 3: Tính chất nhiệt động hợp kim xen kẽ tam nguyên. .. đoan luận án ? ?Nghiên cứu tính chất nhiệt động hợp kim xen kẽ nhị nguyên tam nguyên có khuyết tật với cấu trúc lập phương tâm diện lập phương tâm khối? ?? cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu... TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG CỦA HỢP KIM XEN KẼ TAM NGUYÊN CÓ KHUYẾT TẬT VỚI CẤU TRÚC LẬP PHƯƠNG…………………………………… 57 3.1 Hợp kim xen kẽ tam nguyên lí tưởng với cấu trúc lập phương 57 3.1.1 Mơ hình hợp