Ảnh hưởng của nút khuyết lên tính chất nhiệt động của hợp kim thay thế AB xen kẽ nguyên tử c với cấu trúc LPTK dưới tác dụng của áp suất

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn mang tên “Ảnh hưởng nút khuyết lên tính chất nhiệt động hợp kim thay AB xen kẽ nguyên tử C với cấu trúc LPTK tác dụng áp suất” cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu trình bày luận văn trung thực, đồng tác giả cho phép sử dụng chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả luận văn Đào Thu Hương LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc trân trọng cảm ơn PGS.TS Nguyễn Quang Học PGS TS Nguyễn Thị Hịa Các thầy giáo Khoa Vật Lý Phòng Sau đại học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội đặc biệt thầy cô giáo Bộ môn Vật lý lý thuyết Các bạn Lớp Cao học Vật lý lý thuyết K26 Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Những người thân gia đình, bạn bè thân thiết động viên, giúp đỡ, ủng hộ, chia sẻ khó khăn tạo điều kiện để tơi hồn thành luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Học viên Cao học Đào Thu Hương DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT KL Kim loại HK Hợp kim HKTT Hợp kim thay HKXK Hợp kim xen kẽ PPTKMM Phương pháp thống kê mômen LPTK Lập phương tâm khối LPTD Lập phương tâm diện LGXC Lục giác xếp chặt ĐHSP Đại học Sư phạm ĐHQG Đại học Quốc gia KH&KT Khoa học Kỹ thuật GD Giáo dục DFT Lý thuyết phiếm hàm mật độ LDA Gần mật độ định xứ AB INITIO Từ nguyên lý DFPT Lý thuyết nhiễu loạn phiếm hàm mật độ PPWM Phương pháp sóng phẳng giả MEAM Phương pháp nguyên tử nhúng biến dạng CPA Gần kết hợp MỤC LỤC Trang DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong khoa học công nghệ vật liệu, nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm đến kim loại hợp kim có hợp kim xen kẽ có khuyết tật Có nhiều phương pháp lý thuyết khác nghiên cứu kim loại hợp kim có phương pháp thống kê momen Một số cơng trình nghiên cứu tính chất nhiệt động đàn hồi hợp kim xen kẽ phương pháp công bố thời gian gần [1-9] Tuy nhiên việc nghiên cứu ảnh hưởng nút khuyết lên tính chất nhiệt động HKTT AB xen kẽ nguyên tử C với cấu trúc LPTK tác dụng áp suất PPTKMM vấn đề bỏ ngỏ Từ lí trên, chúng tơi lựa chọn đề tài nghiên cứu luận văn là: “Ảnh hưởng nút khuyết lên tính chất nhiệt động hợp kim thay AB xen kẽ nguyên tử C với cấu trúc LPTK tác dụng áp suất” Mục đích nghiên cứu Xây dựng nhiệt động lực học HKTT AB xen kẽ nguyên tử C có khuyết tật với cấu trúc LPTK tác dụng áp suất Áp dụng tính số cho hợp kim FeCrSi VWSi Đối tượng phạm vi nghiên cứu Các hợp kim FeCrSi VWSi, vùng nồng độ nguyên tử xen kẽ từ đến 5%, vùng nồng độ nguyên tử thay từ đến 10%, vùng nhiệt độ nghiên cứu từ 600K đến 1185K (nhiệt độ chuyển pha LPTK-LPTD Fe) FeCrSi từ 600K đến 2463K (nhiệt độ nóng chảy V) VWSi vùng áp suất nghiên cứu từ đến 10 GPa FeCrSi từ đến 80 GPa VWSi Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu chủ yếu PPTKMM Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận văn Góp phần làm sáng tỏ tính chất nhiệt động HKTT AB xen kẽ nguyên tử C với cấu trúc LPTK tác dụng áp suất Góp phần giải thích kết thực nghiệm, định hướng dự báo thực nghiệm 6 Bố cục Mở đầu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ GIẢI TÍCH CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG TÍNH SỐ Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hợp kim xen kẽ 1.1.1 Định nghĩa hợp kim Hợp kim hợp chất có từ hai thành phần trở lên có thành phần kim loại Thành phần quan trọng kim loại với nồng độ tối thiểu 90% Các thành phần lại gọi tác nhân tạo hợp kim với nồng độ nhỏ nhiều so với nồng độ kim loại Các thành phần phi kim 1.1.2 Phân loại hợp kim Hợp kim chia làm hai loại HKTT HKXK Trong HKTT, nguyên tử kim loại thay nguyên tử kim loại khác với kích thước gần kích thước nguyên tử kim loại Nồng độ nguyên tử thay thường 35% Trong HKXK, nguyên tử xen kẽ nằm khoảng trống nguyên tử kim loại có kích thước nhỏ nhiều so với kích thước nguyên tử Các nguyên tử xen kẽ nguyên tử phi kim N, C, H HKXK có thép đóng vai trị quan trọng khoa học kĩ thuật 1.1.3 Đối tượng nghiên cứu luận văn Trong luận văn này, nghiên cứu hợp kim FeCrSi VWSi Hợp kim FeCrSi với kim loại Fe Tại áp suất 0,1MPa, Fe có ba cấu hình δ Pha I ( ) nhiệt độ cao kết tinh cấu trúc LPTK có số mạng a = 0,29322nm 1394oC Pha ổn định khoảng nhiệt độ từ 1394 oC đến 1538 oC Pha thứ γ II ( ) có cấu trúc LPTD với số mạng a = 36468nm 916 oC ổn định o o khoảng từ 912 C đến 1394 C Pha thứ III ( α ) nhiệt độ thấp có cấu trúc LPTK giống pha I với số mạng a = 0.28664nm nhiệt độ phòng Sự chuyển pha từ trạng thái sắt từ sang trạng thái thuận từ xảy 769 oC Fe nóng chảy 1538 oC Fe nghiên cứu thực nghiệm lên tới 305GPa 1050 oC cơng trình [11] Cấu trúc điện tử, ổn định pha, phương trình trạng thái tính tốn cơng trình [12, 13, 14] Trên Hình 1.1 đưa đường cong nóng chảy Fe theo cơng trình [15] Hình 1.1 Đường cong nóng chảy Fe [15] Kim loại hợp kim VWSi V Tại áp suất 0,1MPa, V có cấu trúc ± LPTK với số mạng a = 0,30282nm 300K điểm nóng chảy 2190K 15K V biến đổi thành trạng thái siêu dẫn nhiệt độ 5,4K V nghiên cứu mặt thực nghiệm 340GPa cơng trình [16] Sự ổn định pha nghiên cứu [17] Trên Hình 1.2 đưa đường cong nóng chảy V theo cơng trình [15] Hình 1.2 Đường cong nóng chảy V [15] 1.1.4 Các khuyết tật hợp kim Khuyết tật mạng tinh thể sai khác so với tính đối xứng, tuần hồn khơng gian mạng tinh thể lý tưởng Khuyết tật tinh thể gồm hai loại khuyết tật động lực khuyết tật tĩnh Khuyết tật động lực liên quan đến dao động mạng làm cho tính tuần hồn mạng bị vi phạm Các dao động nguyên tử mạng xung quanh vị trí cân với biên độ tần số phụ thuộc vào nhiệt độ Khuyết tật tĩnh khơng liên quan đến dao động mạng chia thành khuyết tật điểm, khuyết tật đường, khuyết tật mặt khuyết tật khối tùy theo phạm vi khuyết tật Trong luận văn, nghiên cứu ảnh hưởng loại khuyết tật quan trọng nút khuyết lên tính chất nhiệt động hợp kim tam nguyên với cấu trúc LPTK tác dụng áp suất Loại khuyết tật có ảnh hưởng đáng kể vùng nhiệt độ cao gần nhiệt độ nóng chảy hợp kim chẳng hạn nghiên cứu ảnh hưởng nút khuyết lên tính chất nhiệt động hợp kim FeCrSi khoảng nhiệt độ 600K đến 1185K 1.2 Tổng quan số phương pháp lý thuyết nghiên cứu tính chất nhiệt động hợp kim xen kẽ Có nhiều phương pháp lý thuyết khác nghiên cứu tính chất 10 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 ... nguyên tử C với c? ??u tr? ?c LPTK t? ?c dụng áp suất? ?? M? ?c đích nghiên c? ??u Xây dựng nhiệt động l? ?c h? ?c HKTT AB xen kẽ nguyên tử C có khuyết tật với c? ??u tr? ?c LPTK t? ?c dụng áp suất Áp dụng tính số cho hợp kim. .. th? ?c mơmen) CHƯƠNG TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG C? ??A HỢP KIM THAY THẾ AB XEN KẼ NGUYÊN TỬ C LÝ TƯỞNG VÀ C? ? KHUYẾT TẬT VỚI C? ??U TR? ?C LPTK DƯỚI T? ?C DỤNG C? ??A ÁP SUẤT 2.1 Tính chất nhiệt động hợp kim thay AB. .. hình hợp kim thay AB xen kẽ nguyên tử C với c? ??u tr? ?c LPTK HKTT AB xen kẽ nguyên tử C với c? ??u tr? ?c LPTK thiết lập nguyên tử B thay cho nguyên tử A tâm khối HKXK AC với c? ??u tr? ?c LPTK (c? ?c nguyên tử