metoda CALPHADA

metoda CALPHADA, która oznacza Obliczanie diagramów fazowych, stała się powszechnie stosowaną metodą skutecznego obliczania diagramów fazowych układów wieloskładnikowych w ciągu ostatnich kilku dekad.

diagram fazowy jest graficzną reprezentacją stanu układu materiałowego pod względem temperatury, składu i ciśnienia. Najbardziej znany schemat fazowy systemu binarnego jest temperatura-skład diagramu i wspólne trójskładnikowe diagramy fazowe obejmują sekcje izotermiczne, sekcje izopletyczne i projekcji liquidus. Ponieważ diagramy fazowe są punktem wyjścia do zrozumienia właściwości i zjawisk układu materiałowego, są one często określane jako plany lub mapy drogowe dla projektowania stopu i rozwoju procesu. Podczas gdy większość binarnych diagramów fazowych i niektóre sekcje dla wielu układów trójskładnikowych można znaleźć w podręczniku, wieloskładnikowe diagramy fazowe potrzebne w nowoczesnym projektowaniu materiałów zwykle nie są dostępne. Wynika to z faktu, że określenie wieloskładnikowych diagramów fazowych wyłącznie za pomocą podejścia eksperymentalnego jest niezwykle kosztowne i czasochłonne.

metoda CALPHADA, która oznacza Obliczanie diagramów fazowych, stała się powszechnie stosowaną metodą skutecznego obliczania diagramów fazowych układów wieloskładnikowych w ciągu ostatnich kilku dekad . Istotą tego podejścia jest uzyskanie samoistnych termodynamicznych opisów układów niższego rzędu w kategoriach znanych danych termodynamicznych i równowagi fazowej. Zaletą tej metody jest to, że oddzielnie mierzone diagramy fazowe i właściwości termodynamiczne mogą być reprezentowane przez samoistną bazę termodynamiczną danego układu materiałowego. Co ważniejsze, termodynamiczna baza danych dla układu wyższego rzędu może być uzyskana z układów niższego rzędu za pomocą metody ekstrapolacji . Ta termodynamiczna baza danych pozwala nam obliczyć diagramy fazowe i właściwości termodynamiczne układu wieloskładnikowego, które są doświadczalnie niedostępne. Obecnie podejście CALPHAD jest jedyną metodą, która może być wykorzystana do uzyskania wieloskładnikowych diagramów fazowych z wystarczającą dokładnością do zastosowań praktycznych bez potrzeby wyczerpujących prac eksperymentalnych .

sukces metody CALPHAD zależy od dostępności zarówno oprogramowania, jak i baz danych właściwości phase-base opracowanych tą metodą. Pakiety oprogramowania i wieloskładnikowe termodynamiczne bazy danych stały się dostępne na rynku od lat 90. XX wieku .cechy najczęściej używanych pakietów oprogramowania w tej dziedzinie można znaleźć w specjalnym wydaniu CALPHAD journal, Tom 33, opublikowanym w 2009 roku. Te pakiety oprogramowania, podczas integracji z odpowiednimi bazami danych właściwości materiałów, mogą być używane do odpowiedzi na pytania dotyczące systemów metalowych z ponad 10 komponentami. Takie wyniki stanowią fundamentalne podstawy ewolucyjnego i rewolucyjnego rozwoju materiałów i zostały z powodzeniem zastosowane w programach projektowania materiałów .

chociaż metoda CALPHADA początkowo pojawiła się jako metoda do zrozumienia termodynamiki i równowagi fazowej układów wieloskładnikowych, metoda ta została z powodzeniem zastosowana do mobilności dyfuzyjnej w systemach wieloskładnikowych , a bazy danych mobilności zostały opracowane przy użyciu podobnego sposobu, jak w termodynamicznej bazie danych . Ostatnio metoda CALPHADA została rozszerzona na inne właściwości fazowe, takie jak objętości molowe, stałe sprężyste i przewodność cieplna . Dlatego w ostatnich latach podejście CALPHAD zostało zastosowane w szerszej dziedzinie inżynierii materiałowej i inżynierii materiałowej poza diagramami fazowymi, takimi jak krzepnięcie, powlekanie, łączenie i transformacja fazowa. Nie ma wątpliwości, że CALPHAD odegrał ważną rolę w ICME, znacznie skracając czas i koszty opracowywania i wdrażania nowych materiałów.

L. Kaufman, H. Bernstein, Computer Calculation of Phase Diagrams, ed., Academic Press, 1970

N. Saunders, A. P. Miodownik, Calphad Calculation of Phase Diagrams: a Comprehensive Guide, Pergamon, 1998

H. L. Lukas, S. G. Fries, B. Sundman, Computational Thermodynamics: the CALPHAD Method, Cambridge University Press, 2007

U. R. Kattner, the CALPHAD method and its role in material and process development, Tecnol Metal Mater min., 13(1), 3-15 (2016)

Z.-K. Liu, narzędzia do termodynamiki obliczeniowej, Calphad, 33(2), 265-440 (2009)

G. B. Olson, Genomic materials design: Granica żelaznych, Acta Materialia, 61(3), 771-781 (2013)

National Research Council, Integrated Computational Materials Engineering: a Transformational Discipline for Improved Competitiveness and National Security, The National Academies Press, 2008