Método CALPHAD

El método CALPHAD, que significa Cálculo de diagramas de fase, se ha convertido en un método ampliamente utilizado para calcular eficazmente diagramas de fase de sistemas de componentes múltiples en las últimas décadas.

Un diagrama de fases es una representación gráfica del estado de un sistema de material en términos de temperatura, composición y presión. El diagrama de fase más familiar de un sistema binario es el diagrama de composición de temperatura, y los diagramas de fase ternaria comunes incluyen secciones isotérmicas, secciones isopletales y proyección de liquidus. Dado que los diagramas de fase son el punto de partida para comprender las propiedades y los fenómenos de un sistema de materiales, a menudo se los denomina planos o mapas de carreteras para el diseño de aleaciones y el desarrollo de procesos. Si bien la mayoría de los diagramas de fase binarios y algunas secciones para varios sistemas ternarios se pueden encontrar en el manual, los diagramas de fase de múltiples componentes necesarios para el diseño de materiales modernos generalmente no están disponibles. Esto se debe a que la determinación de diagramas de fases multicomponentes mediante un enfoque puramente experimental es extremadamente costosa y requiere mucho tiempo.

El método CALPHAD, que significa Cálculo de diagramas de fase, se ha convertido en un método ampliamente utilizado para calcular eficazmente diagramas de fase de sistemas de componentes múltiples en las últimas décadas . La esencia de este enfoque es obtener descripciones termodinámicas autoconsistentes de los sistemas de orden inferior en términos de datos termodinámicos y de equilibrio de fase conocidos. La ventaja de este método es que los diagramas de fase medidos por separado y las propiedades termodinámicas se pueden representar mediante una base de datos termodinámica autoconsistente del sistema de materiales en cuestión. Más importante aún, se puede obtener una base de datos termodinámica para un sistema de orden superior a partir de los sistemas de orden inferior a través de un método de extrapolación . Esta base de datos termodinámica nos permite calcular diagramas de fase y propiedades termodinámicas de un sistema de varios componentes que no están disponibles experimentalmente. Actualmente, el enfoque CALPHAD es el único método que se puede utilizar para obtener diagramas de fases de varios componentes con la precisión suficiente para aplicaciones prácticas sin la necesidad de un trabajo experimental exhaustivo .

El éxito del enfoque CALPHAD depende de la disponibilidad del software y de las bases de datos de propiedades de base de fase desarrolladas por este método. Los paquetes de software y las bases de datos termodinámicas de múltiples componentes se han comercializado desde la década de 1990 .Las características de los paquetes de software más utilizados en este campo se pueden encontrar en el número especial de CALPHAD journal, volumen 33, publicado en 2009. Estos paquetes de software, al integrarse con bases de datos de propiedades de materiales adecuadas, se pueden usar para responder preguntas relacionadas con sistemas metálicos con más de 10 componentes. Estos resultados proporcionan los fundamentos fundamentales del desarrollo evolutivo y revolucionario de materiales y se han aplicado con éxito a los programas de diseño de materiales .

Aunque el método CALPHAD surgió inicialmente como un método para comprender la termodinámica y el equilibrio de fase de sistemas multicomponentes, el método se ha aplicado con éxito a las movilidades de difusión en sistemas multicomponentes , y las bases de datos de movilidad se han desarrollado utilizando una forma similar a la de una base de datos termodinámica . Recientemente, el método CALPHAD se ha ampliado a otras propiedades de fase, como volúmenes molares, constantes elásticas y conductividad térmica . Por lo tanto, el enfoque CALPHAD se ha aplicado en los últimos años a un campo más amplio de la ciencia de los materiales y la ingeniería más allá de los diagramas de fase, como la solidificación, el recubrimiento, la unión y la transformación de fase. No hay duda de que CALPHAD ha desempeñado un papel importante en ICME para reducir significativamente el tiempo y el costo para desarrollar e implementar nuevos materiales.

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