metoda CALPHAD
metoda CALPHAD, care reprezintă calculul diagramelor de fază, a devenit o metodă utilizată pe scară largă pentru calcularea eficientă a diagramelor de fază ale sistemelor multi-componente în ultimele câteva decenii.
o diagramă de fază este o reprezentare grafică a stării unui sistem material în termeni de temperatură, compoziție și presiune. Cea mai cunoscută diagramă de fază a unui sistem binar este diagrama temperatură-compoziție, iar diagramele comune de fază ternară includ secțiuni izoterme, secțiuni izopletale și proiecție liquidus. Deoarece diagramele de fază sunt punctul de plecare pentru a înțelege proprietățile și fenomenele unui sistem material, acestea sunt frecvent denumite planuri sau hărți rutiere pentru proiectarea aliajelor și dezvoltarea proceselor. În timp ce majoritatea diagramelor de fază binare și unele secțiuni pentru un număr de sisteme ternare pot fi găsite în manual, diagramele de fază cu mai multe componente necesare proiectării materialelor moderne nu sunt de obicei disponibile. Acest lucru se datorează faptului că determinarea diagramelor de fază multi-componente pur prin abordare experimentală este extrem de costisitoare și consumatoare de timp.
metoda CALPHAD, care reprezintă calculul diagramelor de fază, a devenit o metodă utilizată pe scară largă pentru calcularea eficientă a diagramelor de fază ale sistemelor multi-componente în ultimele câteva decenii . Esența acestei abordări este de a obține descrieri termodinamice auto-consistente ale sistemelor de ordin inferior în ceea ce privește datele cunoscute de echilibru termodinamic și de fază. Avantajul acestei metode este că diagramele de fază măsurate separat și proprietățile termodinamice pot fi reprezentate de o bază de date termodinamică auto-consistentă a sistemului material în cauză. Mai important, o bază de date termodinamică pentru un sistem de ordin superior poate fi obținută din cele ale sistemelor de ordin inferior printr-o metodă de extrapolare . Această bază de date termodinamică ne permite să calculăm diagrame de fază și proprietăți termodinamice ale unui sistem multi-component care nu sunt disponibile experimental. În prezent, abordarea CALPHAD este singura metodă care poate fi utilizată pentru a obține diagrame de fază cu mai multe componente cu suficientă precizie pentru aplicații practice, fără a fi nevoie de lucrări experimentale exhaustive .
succesul abordării CALPHAD depinde de disponibilitatea atât a software-ului, cât și a bazelor de date de proprietăți bazate pe fază dezvoltate prin această metodă. Pachetele Software și bazele de date termodinamice cu mai multe componente au devenit disponibile comercial din anii 1990. caracteristicile celor mai utilizate pachete software în acest domeniu pot fi găsite în numărul special al CALPHAD journal, volumul 33, publicat în 2009 . Aceste pachete software, atunci când se integrează cu baze de date de proprietăți adecvate materialelor, pot fi utilizate pentru a răspunde la întrebări care implică sisteme metalice cu componente 10-plus. Astfel de rezultate oferă bazele fundamentale ale dezvoltării evolutive și revoluționare a materialelor și au fost aplicate cu succes programelor de proiectare a materialelor .
deși metoda CALPHAD a apărut inițial ca o metodă de înțelegere a termodinamicii și a echilibrelor de fază ale sistemelor multicomponente, metoda a fost aplicată cu succes mobilităților de difuzie în sistemele multicomponente , iar bazele de date de mobilitate au fost dezvoltate folosind un mod similar cu cel al unei baze de date termodinamice . Recent, metoda CALPHAD a fost extinsă la alte proprietăți de fază, cum ar fi volumele molare, constantele elastice și conductivitatea termică . Prin urmare, abordarea CALPHAD a fost aplicată în ultimii ani într-un domeniu mai larg al științei și ingineriei materialelor dincolo de diagramele de fază, cum ar fi solidificarea, acoperirea, îmbinarea și transformarea fazei. Nu există nicio îndoială că CALPHAD a jucat un rol important în ICME pentru a reduce semnificativ timpul și costurile pentru dezvoltarea și implementarea de noi materiale.
L. Kaufman, H. Bernstein, calculul computerizat al diagramelor de fază, ed., Academic Press, 1970
N. Saunders, A. P. Miodownik, CALPHAD calculul diagramelor de fază: un ghid cuprinzător, Pergamon, 1998
H. L. Lukas, S. G. Fries, B. Sundman, Termodinamica computațională: metoda CALPHAD, Cambridge University Press, 2007
U. R. Kattner, metoda CALPHAD și rolul său în dezvoltarea materialelor și proceselor, Tecnol metal Mater min., 13(1), 3-15 (2016)
Z.-K. Liu, instrumente pentru Termodinamica computațională, Calphad, 33(2), 265-440 (2009)
G. B. Olson, proiectarea materialelor genomice: Frontiera feroasă, Acta Materialia, 61(3), 771-781 (2013)
Consiliul Național de Cercetare, Ingineria integrată a materialelor computaționale: o disciplină transformațională pentru îmbunătățirea competitivității și securității naționale, National Academies Press, 2008
