TT 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

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 LÊ HỒNG VIỆT NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG CỦA HỢP KIM XEN KẼ NHỊ NGUYÊN VÀ TAM NGUYÊN CÓ KHUYẾT TẬT VỚI[.]

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 Chuyên ngành: Vật lí lý thuyết Vật lí tốn Mã số: 44 01 03 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG HÀ NỘI - 2022 Cơng trình hồn thành trường Đại học Sư phạm Hà Nội Người hướng dẫn khoa học 1: PGS TS Nguyễn Quang Học Người hướng dẫn khoa học 2: TS Phạm Thị Minh Hạnh Phản biện 1: GS TS Nguyễn Hữu Tăng Phản biện 2: GS TS Đỗ Đình Thanh Phản biện 3: PGS TS Nguyễn Hồng Quang Luận án bảo vệ trước Hội đồng cấp Trường chấm luận án tiến sĩ họp Trường Đại học Sư phạm Hà Nội vào hồi ngày tháng năm 2022 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Thư viện Trường Đại học Sư phạm Hà Nội MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hợp kim xen kẽ vật liệu có vai trị chiến lược qn sự, khoa học kĩ thuật công nghệ vật liệu vật liệu siêu dẫn, điện điện tử, hạt nhân, vũ trụ, luyện kim, trang sức thiết bị y tế Những hợp kim nhẹ, bền, chịu nhiệt độ áp suất cao sử dụng phổ biến ngành cơng nghiệp chế tạo vũ khí khí tài, tên lửa, tàu vũ trụ, máy bay ô tô Hợp kim có tính bền hóa học học cao dùng để chế tạo thiết bị công nghiệp dầu mỏ cơng nghiệp hóa chất Hợp kim không gỉ dùng để chế tạo dụng cụ y tế dụng cụ làm bếp Hợp kim vàng với bạc, đồng đẹp cứng dùng để chế tác đồ trang sức Các khuyết tật nói chung nút khuyết nói riêng có ảnh hưởng quan trọng đến tính chất kim loại hợp kim vùng nhiệt độ cao Các nồng độ nút khuyết cân điểm nóng chảy có bậc độ lớn khoảng 10-3 kim loại có điểm nóng chảy thấp có bậc độ lớn khoảng 10-2 kim loại có điểm nóng chảy cao Các ảnh hưởng phi tuyến mạnh nhiệt dung dãn nở nhiệt nhiệt độ cao giải thích tạo thành khuyết tật điểm Ở áp suất cao 100 GPa, loại khuyết tật khác lệch mạng có đóng góp đáng kể đến nhiệt độ nóng chảy tinh thể Nhiệt động lực học tính toán thành phần cốt lõi khoa học vật liệu tính tốn đặc tính nhiệt động lực học tính chất có ảnh hưởng lớn đến đặc tính động học q trình xử lý vật liệu Có nhiều phương pháp lý thuyết nghiên cứu nút khuyết tính chất nhiệt động kim loại, hợp kim phương pháp sóng phẳng ab initio kết hợp mơ hình Debye chuẩn điều hịa, tính tốn ab initio kết hợp với phép gần građien suy rộng, ab initio kết hợp lý thuyết phiếm hàm mật độ với phép gần građien suy rộng, tiếp cận pha tồn tại, tính tốn giản đồ pha, phương pháp hàm Green mạng, phương pháp nguyên tử nhúng biến dạng, phương pháp học máy Mỗi phương pháp có ưu, nhược điểm riêng áp dụng cho hệ nhiều thành phần nhiệt độ áp suất cao Hầu hết phương pháp nghiên cứu tính chất nhiệt động kim loại hợp kim phương pháp tính gần đúng, chưa tính đến hiệu ứng phi điều hoà dao động mạng tinh thể, thường xét áp suất không áp suất thấp, chưa xét đến phụ thuộc đại lượng nhiệt động vào nồng độ nguyên tử thay xen kẽ Kết phương pháp lý thuyết nghiên cứu tính chất nhiệt động phần lớn cho kim loại hạn chế hợp kim Một số kết nhận từ phương pháp lý thuyết chưa thực phù hợp với thực nghiệm Phương pháp thống kê mômen (SMM) phương pháp vật lí đại vật lí thống kê áp dụng để nghiên cứu tính chất nhiệt động, đàn hồi, khuếch tán, chuyển pha, nóng chảy,… cho nhiều loại vật liệu với cấu trúc khác khoảng nhiệt độ từ không độ tuyệt đối đến nhiệt độ nóng chảy vật liệu tác dụng áp suất kể áp suất cao trăm GPa SMM áp dụng thành công để nghiên cứu kim loại hợp kim thay có khuyết tật Tuy nhiên, việc nghiên cứu ảnh hưởng khuyết tật lên tính chất nhiệt động, nóng chảy chuyển pha cấu trúc hợp kim xen kẽ nhị nguyên, hợp kim tam nguyên vừa thay vừa xen kẽ với cấu trúc lập phương SMM vấn đề bỏ ngỏ Phương pháp hi vọng khắc phục nhược điểm nêu phương pháp khác Với lí trên, tơi lựa chọn đề tài 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” 2 Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu Áp dụng SMM để nghiên cứu tính chất nhiệt động, nóng chảy chuyển pha cấu trúc hợp kim xen kẽ nhị nguyên tam nguyên có khuyết tật tính đến ảnh hưởng nhiệt độ, áp suất, nồng độ nguyên tử thay thế, nồng độ nguyên tử xen kẽ nồng độ nút khuyết cân Đối tượng nghiên cứu tính chất nhiệt động hợp kim xen kẽ nhị nguyên tam nguyên có khuyết tật với cấu trúc lập phương Phạm vi nghiên cứu khoảng nhiệt độ, áp suất, nồng độ nguyên tử thay thế, nồng độ nguyên tử xen kẽ nồng độ nút khuyết cân tương ứng với thực nghiệm Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu phương pháp thống kê mơmen Ngồi ra, tính số chúng tơi sử dụng phần mềm Maple phương pháp gần phép lặp gần Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Các kết từ luận án cung cấp nhiều thơng tin tính chất nhiệt động, nóng chảy chuyển pha cấu trúc hợp kim xen kẽ phụ thuộc nhiệt độ, áp suất, nồng độ thành phần nồng độ nút khuyết cân hệ số dãn nở nhiệt, nhiệt dung đẳng áp, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ chuyển pha cấu trúc Luận án góp phần phát triển SMM nghiên cứu tính chất vật liệu hợp kim xen kẽ cung cấp số liệu tham khảo cho nghiên cứu tương lai Một số kết tính số dùng để dự báo, định hướng thực nghiệm Những đóng góp luận án Xây dựng biểu thức giải tích cho đại lượng nhiệt động, nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ chuyển pha cấu trúc hợp kim xen kẽ nhị nguyên tam nguyên có khuyết tật với cấu trúc lập phương SMM Luận án góp phần bổ sung hoàn thiện lý thuyết nút khuyết cân hợp kim xen kẽ có cấu trúc lập phương Áp dụng lý thuyết thu để tính số cho số kim loại hợp kim Kết tính số thu được so sánh với thực nghiệm kết tính tốn phương pháp lý thuyết khác Một số kết tính số dự đốn, định hướng thí nghiệm tương lai Cấu trúc luận án Ngoài phần Mở đầu, Kết luận, Tài liệu tham khảo Phụ lục, nội dung luận án trình bày chương CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong chương này, giới thiệu hợp kim xen kẽ, lý thuyết nút khuyết số phương pháp lý thuyết nghiên cứu tính chất nhiệt động kim loại hợp kim Các phương pháp có đánh giá ưu, nhược điểm áp dụng cho kim loại hợp kim Đặc biệt chúng tơi trình bày SMM giải thích lí lựa chọn phương pháp làm phương pháp nghiên cứu luận án 1.1 Hợp kim xen kẽ Trong hợp kim xen kẽ, kim loại thành phần thường chiếm 90% Các thành phần khác phi kim Đó tác nhân tạo hợp kim thường chiếm nồng độ 1% Các phi kim quan trọng C, H, O N Cấu trúc tinh thể hợp kim xen kẽ kim loại định 1.1.1 Hợp kim xen kẽ nhị nguyên với cấu trúc lập phương Các hợp kim xen kẽ Fe FeSi, FeC FeH cho ta biết thông tin thành phần, cấu trúc, tiến hóa… Trái Đất thiên thể FeC gọi thép cacbon chiếm tỉ trọng lớn ngành công nghiệp thép Hợp kim thay FeCr ứng dụng rộng rãi lò phản ứng hạt nhân vật liệu kĩ thuật không gỉ chống mài mòn Các hợp kim xen kẽ AuSi CuSi thu hút quan tâm nhà nghiên cứu năm gần ứng dụng nhiều công nghệ chế tạo dây siêu dẫn, trang sức, lắp ráp ổ trục, chấn lưu, đúc, hàn bước che chắn xạ Nghiên cứu hợp kim TaSi WSi xác định tính tốn giản đồ pha Việc biết giản đồ pha tính chất nhiệt động hệ TaSi, WSi có vai trị kĩ thuật quan trọng tiếp xúc kim loại Ta, W, SiC thiết bị điện điện tử Các hợp kim AuSi CuSi thu hút quan tâm nhà nghiên cứu ứng dụng tính chất vật lí dị thường chúng Tính chất nhiệt động, đàn hồi, nóng chảy khuếch tán FeSi, FeC, FeH, WSi, AuSi, CuSi, AgC lý tưởng nghiên cứu SMM thời gian gần 1.1.2 Hợp kim xen kẽ tam nguyên với cấu trúc lập phương Zhang cộng [Physica B: Condensed Matter, 586(2020) 412085] nghiên cứu ảnh hưởng Si đến nhiệt độ Debye hệ số dãn nở nhiệt FeCr, mơđun Young FeCrSi tăng theo tăng nồng độ Cr Pogatscher cộng [Physical Review Letters, 112(22) (2014) 225701] nghiên cứu nồng độ nút khuyết cân để kiểm sốt chế lão hóa hợp kim AlMgSi Đây hợp kim sử dụng rộng rãi hợp kim nhôm với ứng dụng công nghiệp xây dựng, ô tô, máy bay, tên lửa, tàu vũ trụ kiến trúc Li cộng [Chemical Society Reviews, 46(6)(2017)1693] nghiên cứu ảnh hưởng nút khuyết lên vật liệu có cấu trúc khác vật liệu chế tạo điện cực pin liti lưu trữ lượng sạch, ion natri, chất xúc tác để tách hiđrô từ nước Zhang cộng [Computational Materials Science, 148(2018)249] nghiên cứu khuyết tật điểm, nồng độ nút khuyết cân nhằm nâng cao hiệu suất vật liệu chiếu xạ Gần đây, tính chất nhiệt động, đàn hồi nóng chảy FeCrSi, FeCrC, AuCuSi AuCuLi lí tưởng nghiên cứu SMM 1.2 Lý thuyết nút khuyết phương pháp lý thuyết nghiên cứu tính chất nhiệt động kim loại hợp kim Các nồng độ nút khuyết cân điểm nóng chảy có bậc độ lớn khoảng 10-3 kim loại có điểm nóng chảy thấp có bậc độ lớn khoảng 10-2 kim loại có điểm nóng chảy cao Các ảnh hưởng phi tuyến mạnh nhiệt dung dãn nở nhiệt giải thích tạo thành khuyết tật điểm Ở áp suất cao 100 GPa, loại khuyết tật khác lệch mạng có đóng góp đáng kể đến nhiệt độ nóng chảy tinh thể Có nhiều phương pháp lý thuyết nghiên cứu nút khuyết tính chất nhiệt động kim loại, hợp kim phương pháp sóng phẳng ab initio kết hợp mơ hình Debye chuẩn điều hịa, tính toán ab initio với phép gần građien suy rộng, ab initio kết hợp lý thuyết phiếm hàm mật độ với phép gần građien suy rộng, tiếp cận pha tồn tại, tính tốn giản đồ pha, phương pháp hàm Green mạng, phương pháp nguyên tử nhúng biến dạng, phương pháp học máy Mỗi phương pháp có ưu, nhược điểm riêng áp dụng cho hệ nhiều thành phần nhiệt độ áp suất cao 1.3 Phương pháp thống kê mômen SMM dựa công thức truy hồi sau mômen Kˆ n +1 a = Kˆ n a Qˆ n +1 a +  Kˆ n an +1 a −  B2 m  i  2m )    m =0 (  2m Kˆ n(2m) an +1 (1.44) a Công thức cho phép xác định mơmen cấp cao qua mơmen cấp thấp chí biểu diễn qua mơmen cấp CHƯƠNG TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG CỦA HỢP KIM XEN KẼ NHỊ NGUYÊN CÓ KHUYẾT TẬT VỚI CẤU TRÚC LẬP PHƯƠNG Trong chương 2, sử dụng SMM phương pháp cầu phối vị để rút biểu thức giải tích tổng quát lượng tự do, độ dời hạt khỏi nút mạng, khoảng lân cận gần trung bình hai nguyên tử, nồng độ nút khuyết cân bằng, đại lượng nhiệt động hợp kim xen kẽ AC có khuyết tật áp dụng tính số cho hợp kim AuSi PtSi Một phần nội dung chương công bố [CT2, CT3, CT5] 2.1 Hợp kim xen kẽ nhị nguyên lí tưởng với cấu trúc lập phương 2.1.1 Mơ hình hợp kim C Hình 2.1 Mơ hình hợp kim xen Hình 2.2 Mơ hình hợp kim xen kẽ AC với cấu trúc FCC kẽ AC với cấu trúc BCC Đối với mạng FCC, cA = − 15cC , cA1 = 6cC , cA2 = 8cC Đối với mạng BCC, cA = − 7cC , cA1 = 2cC , cA2 = 4cC 2.1.2 Năng lượng tự Helmholtz  AC = N AC = N  c X X − TScAC , X = A,C , A1 , A2 2.2.2 Độ dời nguyên tử từ vị trí cân y= ( N − n1n − n2 n ) y0 + n1ny1  N 2.2.3 Nồng độ nút khuyết cân nvAC = nvA  exp  −   (2.51)   c X gvf ( X )    (C )  A X = A,C , A1 , A2   , nv = exp  − kBoT  kBoT       cC gvf (2.69) 2.3 Các đại lượng nhiệt động R CVAC =N R TAC  a   AC   a0 AC  = a    RAC P + AC  VAC 3N  a AC R TAC =− R 2kBo TAC   RAC , 3a AC 3N a AC  1 − n n + n ( B v v X = A,C , A1 , A2 X   T (2.70) , (2.71)  (1) − 1)  c X CVX + nv n1c X CVX , (2.74) 2.4 Kết tính số đại lượng nhiệt động hợp kim xen kẽ AuSi PtSi 2.4.1 Thế tương tác nguyên tử hợp kim xen kẽ  (r ) = n m D   r0  r   m   − n    n−m   r   r    (2.84) 2.4.2 Kết tính số đại lượng nhiệt động AuSi PtSi Đối với Au AuSi P = khoảng từ 800 K đến 1300 K, nồng độ nút khuyết cân nv tăng từ 10 -5 đến 10 -3 Điều phù hợp với thực nghiệm nv giảm rõ rệt theo nồng độ Si Khi P (hoặc T) tăng, thăng giáng tăng mạnh làm cho nv tăng mạnh Kết phù hợp với thực nghiệm Do vùng T P thấp, n v nhỏ nên xem tinh thể lí tưởng Nhưng vùng T P cao, ảnh hưởng nv lên tính chất nhiệt tinh thể đáng kể 10 2.0 2.87 cSi =0 % cSi =1 % cSi =3 % cSi =5 % 1.6 1.4 2.86 2.85 aAuSi (10-10m) 1.8 nv (10-3) 1.2 1.0 0.8 0.6 2.84 2.83 2.82 0.4 2.81 0.2 0.0 10 2.80 800 12 0% LT 0% KT 900 P (GPa) Hình 2.3 nv(P,cSi) AuSi (KT) T =1200 K 1000 1100 T (K) 3% LT 3% KT 1200 1300 Hình 2.4 a(T, cSi) AuSi P = 12 GPa 20 27.0 0% LT 1% LT 0% KT 1% KT 19 18 17 26.8 CP (J/mol.K) T (10-6K-1) 1% LT 1% KT 16 15 14 13 0% LT 1% LT 0% KT 1% KT 26.6 26.4 26.2 26.0 12 25.8 800 11 P (GPa) 10 12 Hình 2.7 αT(P, cSi) AuSi T = 1200 K 900 1000 1100 T (K) 1200 1300 Hình 2.8 CP(T, cSi) AuSi P = 12 GPa Khi T tăng, khoảng lân cận gần trung bình a, hệ số dãn nở nhiệt αT nhiệt dung đẳng áp CP tăng, đặc biệt αT Khi P tăng, đại lượng giảm Khi T P cao, cSi nhỏ ảnh hưởng nút khuyết lên tính chất nhiệt tinh thể mạnh Đối với Au, sai số cực đại tính tốn thực nghiệm 4,4% αT 700 K 5,4% CP 1200 K, nghĩa có phù hợp tốt tính tốn thực nghiệm khoảng nhiệt độ rộng Kết tính tốn CP Au có nút khuyết tốt kết tính tốn CP Au lí tưởng Tuy nhiên, kết tính tốn αT Au có nút khuyết kết tính tốn αT Au lí tưởng phạm vi sai số cho phép 11 CHƯƠNG TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG CỦA HỢP KIM XEN KẼ TAM NGUYÊN CÓ KHUYẾT TẬT VỚI CẤU TRÚC LẬP PHƯƠNG Trong chương 3, sử dụng SMM phương pháp cầu phối vị để rút biểu thức giải tích tổng quát lượng tự do, độ dời hạt khỏi nút mạng, khoảng lân cận gần trung bình hai nguyên tử, nồng độ nút khuyết cân bằng, đại lượng nhiệt động hợp kim xen kẽ ABC (hợp kim thay AB xen kẽ ngun tử C) có khuyết tật áp dụng tính số hợp kim AuCuSi, PtCuSi, FeCrSi VWSi Một phần nội dung chương công bố [CT1, CT4, CT6] 3.1 Hợp kim xen kẽ tam ngun lí tưởng với cấu trúc lập phương 3.1.1 Mơ hình hợp kim Hình 3.1 Mơ hình hợp kim ABC với cấu trúc FCC 3.1.2 Năng lượng tự Helmholtz Hình 3.2 Mơ hình hợp kim ABC với cấu trúc BCC  ABC =  AC + NcB ( B − A ) + TScAC − TScABC = =N  c X X + TScAC − TScABC , (3.1) X = A, B ,C , A1 , A2 Đối với mạng FCC, cA = − 15cC , cA1 = 6cC , cA2 = 8cC Đối với mạng BCC, cA = − 7cC , cA1 = 2cC , cA2 = 4cC 3.1.3 Năng lượng liên kết thông số hợp kim Các biểu thức lượng liên kết thông số tinh thể nguyên tử C, A1, A2 hợp kim xen kẽ AC hợp kim ABC giống chương 12 3.1.4 Khoảng lân cận gần trung bình hai nguyên tử a ABC = c AC a AC R BTAC BTR + cB r1B R BTB (3.2) BTR 3.2 Hợp kim xen kẽ tam nguyên có khuyết tật với cấu trúc lập phương 3.2.1 Năng lượng tự Helmholtz   RABC = N  RABC = N 1 − n n + n ( B v X = A, B ,C , A1 , A2 ( −T ScABC * + ScABC − ScAC v X  − 1) c X X + nv n1c X X(1) − ) (3.9) 3.2.2 Độ dời nguyên tử từ vị trí cân y= ( N − n1n − n2 n ) y0 + n1ny1  , N (3.10) 3.2.3 Nồng độ nút khuyết cân  c g f ( B)   c g f (C )  nvABC = nvA exp  − B v exp  − C v  ,   k BoT  kBoT    (3.13) 3.3 Các đại lượng nhiệt động R TABC a   ABC   a0 ABC  = , a ABC    RABC  2P +   VABC 3N  a ABC T (3.14) R 2kBo TABC   RABC , 3a ABC 3N a AC (3.15) R TABC =− R CVAC =N  1 − n n + n ( B v v X X = A, B ,C , A1 , A2 R R CPABC = CVABC + R2 9TVABCTABC R TABC 13  (1) − 1)  c X CVX + nv n1c X CVX , (3.18) (3.19) 3.4 Kết tính số đại lượng nhiệt động hợp kim xen kẽ 3.4.1 Kết tính số đại lượng nhiệt động AuCuSi PtCuSi với cấu trúc FCC 3.0 cSi = 0% cSi = 1% cSi = 3% cSi = 5% nv (10-3) 2.0 cCu= 0% cCu= 4% cCu= 6% cCu= 8% 1.5 nv (10-3) 2.5 1.5 1.0 1.0 0.5 0.5 0.0 800 900 1000 1100 T (K) 1200 0.0 800 1300 900 1000 1100 T (K) 1200 1300 Hình 3.3 nv(T, cSi) AuCuSi Hình 3.4 nv(T, cCu ) P = GPa, cCu = 10% AuCuSi P = GPa, cSi = 1% 1.4 0.70 cSi = 0% cSi = 1% cSi = 3% cSi = 5% 1.2 0.60 nv (10-3) nv (10-3) 1.0 cCu = 0% cCu = 4% cCu = 6% cCu = 8% 0.65 0.8 0.6 0.55 0.50 0.45 0.4 0.40 0.2 0.35 0.30 0.0 P (GPa) 10 12 10 12 P (GPa) Hình 3.5 nv(P, cSi) AuCuSi Hình 3.6 nv(P, cCu) T = 1100 K, cCu = 10% AuCuSi tại T = 1000 K, cSi = 1% Đối với AuCuSi, khoảng P = 12 GPa, T = 800K 1300K nồng độ nút khuyết cân rơi vào khoảng từ 10-5 đến 10-3 Kết phù hợp tốt với thực nghiệm Au nhiệt độ áp suất cao Bên cạnh đó, nv phụ thuộc mạnh vào T P Khi T P tăng, nv tăng Ở gần nhiệt độ nóng chảy Au, nv tăng mạnh Do T P thấp, nv nhỏ nên hợp kim coi lí tưởng, cịn T P cao, nv đáng kể bỏ qua ảnh hưởng nút khuyết, 14 nv thay đổi rõ rệt theo cSi Khi cSi tăng, nv giảm mạnh Xét ảnh hưởng cCu lên nv Mặc dù cCu lớn nhiều so với cSi cCu không làm thay đổi lớn đến nv tính chất khác hợp kim 12.5 14.0 0% LT 0% KT 3% KT 13.5 3% LT 12.5 T (10-6K-1) T (10-6K-1) 13.0 1% LT 1% KT 12.0 11.5 12.0 0% LT 4% LT 8% LT 0% KT 4% KT 8% KT 11.5 11.0 10.5 10.0 9.5 800 900 1000 1100 T (K) 1200 1300 11.0 800 900 1000 1100 T (K) 1200 1300 Hình 3.10 αT(T, cSi) AuCuSi Hình 3.11 αT(T, cCu) P = 12 GPa, cCu = 10% AuCuSi P = 12 GPa, cSi = 1% 26 T (10-6K-1) 22 20 18 T (10-6K-1) 0% LT 1% LT 3% LT 0% KT 1% KT 3% KT 24 16 14 12 10 P (GPa) 10 12 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 0% LT 8% LT 0% KT 8% KT P (GPa) 10 12 Hình 3.12 αT(P, cSi) Hình 3.13 αT(P, cCu) AuCuSi T = 1300 K, cCu = 10% AuCuSi T = 1300 K, cSi = 1% Xét khoảng lân cận gần trung bình a AuCuSi Ở T, P nồng độ pha tạp, a hợp kim có khuyết tật nhỏ a hợp kim lí tưởng Xét phụ thuộc T vào T P Ở P nồng độ pha tạp, T tăng theo T, T nồng độ pha tạp, T giảm theo P Điều phù hợp với thực nghiệm Ở T P cSi tăng, T giảm Nếu xét riêng hợp kim lí tưởng hợp kim có khuyết tật, 15 phụ thuộc T vào cCu so với cSi cCu có vai trị quan trọng việc tạo khác biệt T hợp kim lí tưởng T hợp kim có khuyết tật tính chất khác Nếu nguyên tử xen kẽ cản trở tạo thành nút khuyết nguyên tử thay tạo điều kiện thuận lợi cho hình thành nút khuyết CP(J/mol.K) 26.6 26.4 26.8 0% LT 1% LT 3% LT 0% KT 1% KT 3% KT 26.6 CP (J/mol.K) 26.8 26.2 26.4 26.2 26.0 26.0 25.8 25.8 25.6 800 900 1000 1100 T (K) 1200 25.6 800 1300 0% LT 8% LT 0% KT 8% KT 900 1000 1100 T (K) 1200 1300 Hình 3.19 CP(T, cCu) P = 12 GPa, cCu = 10% AuCuSi P = 12 GPa, cSi = 1% 28.4 28.8 28.6 28.4 28.2 28.0 27.8 27.6 27.4 27.2 27.0 26.8 26.6 26.4 0% LT 1% LT 3% LT 0% KT 1% KT 3% KT 0% LT 8% LT 0% KT 8% KT 28.2 28.0 CP (J/mol.K) CP (J/mol.K) Hình 3.18 CP(T, cSi) AuCuSi 27.8 27.6 27.4 27.2 27.0 26.8 26.6 0 P (GPa) 10 12 P (GPa) 10 12 Hình 3.20 CP(P, cSi) AuCuSi Hình 3.21 CP(P, cCu) T = 1300 K, cCu = 10% AuCuSi T = 1300 K, cSi = 1% Sự phụ thuộc CP vào T, P nồng độ pha tạp AuCuSi PtCuSi giống T Tuy nhiên, nồng độ pha tạp, CP biến đổi theo T P không mạnh T Điều phù hợp với lý thuyết vật lí thống kê lượng tử thực nghiệm nghiên cứu CP chất rắn vùng T P cao 16 3.4.2 Kết tính số đại lượng nhiệt động FeCrSi VWSi với cấu trúc BCC Đối với FeCrSi, nv phụ thuộc mạnh vào P T Ở cCr cSi P (hoặc T) tăng, nv tăng đáng kể Ở vùng P T thấp, nv nhỏ hợp kim coi lí tưởng, cịn vùng P T cao, nv tăng mạnh theo hàm mũ làm thay đổi tính chất hợp kim nv tăng theo P không nhanh tăng theo T thay đổi nv rõ rệt Kết phù hợp với thực nghiệm T P tăng, thăng giáng mạng tinh thể tăng tạo điều kiện thuận lợi cho hình thành nút khuyết Khi pha thêm Si Cr vào mạng Fe, nv giảm mạnh Cr thường pha thêm vào Fe để tạo thép có độ bền độ cứng cao, tức là, lượng liên kết u0 nguyên tử với mạng tinh thể trở nên mạnh Điều cản trở tạo thành nút khuyết Tuy nhiên, cCr không làm nv giảm mạnh cSi Các khoảng lân cận gần trung bình a FeCrSi VWSi tăng theo T, giảm theo P, tăng theo cSi giảm theo cCr cW a hợp kim có khuyết tật nhỏ a tương ứng hợp kim lí tưởng Xét hệ số dãn nở nhiệt T nhiệt dung đẳng áp CP FeCrSi VWSi Ở P, cSi cCr (hoặc cW) T tăng, T tăng Ở P, cSi cCr (hoặc cW) T tăng, CP tăng theo T tăng không mạnh tăng T theo T Ở T P cSi (hoặc cW) tăng, T CP giảm CP hợp kim có khuyết tật nhỏ CP hợp kim lí tưởng T hợp kim có khuyết tật lớn T hợp kim lí tưởng 17 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 Trong chương 4, chúng tơi xây dựng lý thuyết nóng chảy chuyển pha cấu trúc hợp kim xen kẽ AC ABC có khuyết tật với cấu trúc lập phương SMM tiến hành tính số nhiệt độ nóng chảy hợp kim FeC, TaSi, WSi nhiệt độ chuyển pha cấu trúc kim loại Fe Nội dung chương công bố [CT3, CT4, CT5] 4.1 Nóng chảy chuyển pha cấu trúc hợp kim xen kẽ nhị nguyên có khuyết tật với cấu trúc lập phương 4.1.1 Lý thuyết nóng chảy Ts =  P  = 0,  v   T =Ts (4.1)  u0   T  + P,   18k Bo G ( P, Ts )  a T =T  P v s (4.3) as     2u am − as  Pv ( P, Ts )  u0  Tm  Ts + + + as  20     a k Bo G ( P, Ts )  as 18  a T =T  s        ( 4.4 ) T =Ts     a( P,300K)  k ( P,300K) Tm ( P) = Tm (0)    a( P = 0,300K)  k ( P = 0,300K) G ( P,300K)  BT ( P,300K)  Tm ( P) = Tm (0)   G ( P = 0,300K)  BT ( P = 0,300K)  − (4.6) b ,  T  Tm2 TmR = Tm −  ,  nv (Tm ) = Tm − Tm u0 u  nv  P ,V −  4k B TS (0) = aAC 18 GT kBo  U0(1)X U0 X + nv n1cX 1 − nv n1 + nv ( BX − 1) cX aX aX X = A,C , A1 , A2   18 (4.7) (4.10)  (4.20)  ... CP hợp kim có khuyết tật nhỏ CP hợp kim lí tưởng T hợp kim có khuyết tật lớn T hợp kim lí tưởng 17 CHƯƠNG NÓNG CHẢY VÀ CHUYỂN PHA CẤU TRÚC CỦA HỢP KIM XEN KẼ NHỊ NGUYÊN VÀ TAM NGUYÊN CÓ KHUYẾT... hợp kim xen kẽ nhị nguyên tam nguyên có khuyết tật với cấu trúc lập phương tâm diện lập phương tâm khối? ?? 2 Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu Áp dụng SMM để nghiên cứu tính chất nhiệt động, ... nghiên cứu kim loại hợp kim thay có khuyết tật Tuy nhiên, việc nghiên cứu ảnh hưởng khuyết tật lên tính chất nhiệt động, nóng chảy chuyển pha cấu trúc hợp kim xen kẽ nhị nguyên, hợp kim tam nguyên