Metodo CALPHAD
Metodo CALPHAD, che sta per calcolo di diagrammi di fase, è diventato un metodo ampiamente utilizzato per calcolare efficacemente diagrammi di fase di sistemi multi-componente negli ultimi decenni.
Un diagramma di fase è una rappresentazione grafica dello stato di un sistema materiale in termini di temperatura, composizione e pressione. Il diagramma di fase più familiare di un sistema binario è il diagramma temperatura-composizione, e diagrammi di fase ternari comuni includono sezioni isotermiche, sezioni isopletali, e proiezione liquidus. Poiché i diagrammi di fase sono il punto di partenza per comprendere le proprietà e i fenomeni di un sistema di materiali, sono spesso indicati come progetti o mappe stradali per la progettazione e lo sviluppo di processi in lega. Mentre la maggior parte dei diagrammi di fase binari e alcune sezioni per un certo numero di sistemi ternari possono essere trovati nel manuale, diagrammi di fase multi-componente necessari per la moderna progettazione dei materiali di solito non sono disponibili. Questo perché la determinazione di diagrammi di fase multicomponente puramente mediante approccio sperimentale è estremamente costosa e richiede molto tempo.
Il metodo CALPHAD, che sta per Calcolo di diagrammi di fase, è diventato un metodo ampiamente utilizzato per calcolare efficacemente diagrammi di fase di sistemi multi-componente negli ultimi decenni . L’essenza di questo approccio è di ottenere descrizioni termodinamiche auto-coerenti dei sistemi di ordine inferiore in termini di dati termodinamici e di equilibrio di fase noti. Il vantaggio di questo metodo è che i diagrammi di fase misurati separatamente e le proprietà termodinamiche possono essere rappresentati da un database termodinamico auto-coerente del sistema materiale in questione. Ancora più importante, un database termodinamico per un sistema di ordine superiore può essere ottenuto da quelli dei sistemi di ordine inferiore tramite un metodo di estrapolazione . Questo database termodinamico ci consente di calcolare diagrammi di fase e proprietà termodinamiche di un sistema multicomponente che non sono sperimentalmente disponibili. Attualmente, l’approccio CALPHAD è l’unico metodo che può essere utilizzato per ottenere diagrammi di fase multicomponente con sufficiente precisione per applicazioni pratiche senza la necessità di un lavoro sperimentale esaustivo .
Il successo dell’approccio CALPHAD dipende dalla disponibilità di database di proprietà software e di base di fase sviluppati con questo metodo. I pacchetti software e i database termodinamici multicomponenti sono diventati disponibili in commercio dal 1990. Le caratteristiche dei pacchetti software più utilizzati in questo campo sono disponibili nel numero speciale di CALPHAD journal, volume 33, pubblicato nel 2009 . Questi pacchetti software, quando si integrano con database di proprietà dei materiali adatti, possono essere utilizzati per rispondere a domande che coinvolgono sistemi metallici con componenti 10-plus. Tali risultati forniscono le basi fondamentali dello sviluppo evolutivo e rivoluzionario dei materiali e sono stati applicati con successo ai programmi di progettazione dei materiali .
Sebbene il metodo CALPHAD sia emerso inizialmente come metodo per comprendere la termodinamica e gli equilibri di fase dei sistemi multicomponenti, il metodo è stato applicato con successo alle mobilità di diffusione nei sistemi multicomponenti e i database di mobilità sono stati sviluppati utilizzando un modo simile a quello di un database termodinamico . Recentemente, il metodo CALPHAD è stato ampliato ad altre proprietà di fase, come volumi molari, costanti elastiche e conduttività termica . Pertanto, l’approccio CALPHAD negli ultimi anni è stato applicato a un campo più ampio della scienza dei materiali e dell’ingegneria oltre i diagrammi di fase, come la solidificazione, il rivestimento, l’unione e la trasformazione di fase. Non c’è dubbio che CALPHAD ha svolto un ruolo importante in ICME per ridurre significativamente i tempi e i costi per sviluppare e distribuire nuovi materiali.
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