ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ГИББСА АМОРФНОЙ И ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ФАЗ НА ОСНОВЕ ТРОЙНОЙ Ti-Nb-Ni СИСТЕМЫ

РЕФЕРАТ 3
Введение 3
1 Литературный обзор 5
1.1 Описание диаграмм состояния двух- и трехкомпонентных систем на основе титана, никеля и ниобия 5
1.2 Металлические стекла. Определение, способы получения и свойства 12
1.3 Описание термодинамической модели Miedema 17
2 Методическая часть 23
2.1 Методика расчета термодинамических потенциалов (энергии Гиббса, энтальпии)
аморфных и металлических фаз в рамках модели Miedema 23
2.2 Материалы, методы синтеза и экспериментального анализа 26
3 Оригинальная часть 28
3.1 Концентрационные диаграммы распределения энергии Гиббса и стеклообразующей
способности для сплавов тройной системы Ti-Nb-N 28
3.2 Верификация результатов термодинамического моделирования на покрытиях
системы Ti-Nb-Ni, характеризующихся аморфным и кристаллическим структурными
состояниями 32
Заключение 39
Список литературы
Купить

Аморфные металлические сплавы (АМС) являются объектом повышенного научного интереса из-за своих уникальных механических (высокая прочность, твердость, предел текучести до 5 ГПа, величина упругой деформации ~ 1.5 - 2 %, повышенная износостойкость), хороших магнитномягких свойств, повышенной биосовместимости, высокой коррозийной стойкости. Указанные свойства позволяют рассматривать АМС в качестве перспективных материалов для изготовления ферромагнитных сплавов, биоимплантатов с низким модулем упругости, близким к значению модуля биологических тканей, в микро-электромеханических системах (актуаторы, демпфирующие материалы), а также создавать нанокомпозиты на их основе с высокой прочностью. Однако широкое применение АМС существенно ограничено ввиду нескольких причин:
1) сложность технологии получения объемных металлических стекол (ОМС), т.е. аморфных сплавов с высокой стеклообразующей способностью (СОС) и пространственными размерами более 1 мм;
2) отсутствие макроскопической пластичности АМС, например, при сжатии, что способствует их хрупкому разрушению;
3) сильная зависимость физических свойств АМС (температуры Кюри, температуры стеклования, пассирующей способность, упругих модулей и пр.) от их состава, структуры и способа получения сплава.
Помимо этого, в медицинском материаловедении очень важными характеристиками материалов являются (помимо коррозионной стойкости) поверхностная химия и топографические характеристики поверхности. Создание АМС и тонких пленок/покрытий на основе титана с небольшим количеством легирующих компонентов, нежелательных для человеческого организма (никеля, кобальта и пр.), и иерархически- организованной шероховатостью является актуальной задачей для повышения жизнеспособности и пролиферативной способности клеток. Стоит отметить, что функциональные тонкие аморфные пленки применяются для изготовления водородопроницаемых мембран, с помощью которых удается получать очень чистые (до 99.9999 ат. %) смеси газов, в качестве катализаторов и материалов топливных ячеек.
На сегодняшний день АМС были получены во многих бинарных, тройных и многокомпонентных системах. При разработке ОМС с заранее заданными свойствами требуется выбрать химический состав сплава, который бы обладал высокой склонностью к аморфизации. Исследования возможностей получения ОМС из сплавов с высокой стеклообразующей способностью составляют практическую значимость работы, поскольку для их синтеза требуется достижение сравнительно низких (до 103 К/с) скоростей закалки. Кристаллохимические и термодинамические подходы для поиска легко аморфизуемых систем представляются наиболее важными с той точки зрения, что с их помощью удается относительно просто спрогнозировать системы, обладающие наибольшей склонностью к аморфизации. На основании экспериментальных результатов исследований термодинамических свойств расплавов, соотношений атомных радиусов компонентов и оценок энтальпии смешения можно получать расчетные диаграммы структурного (аморфно/кристаллического) состояния для бинарных и тройных систем методом термодинамического моделирования, и, тем самым, осуществлять выбор оптимальных составов ОМС.
В связи с этим целью настоящей работы является определение с помощью термодинамических расчетов в рамках модели Miedema составов сплавов на примере тройной системы Ti-Nb-Ni, при которых в этих сплавах возможна реализация различных типов структурных состояний - аморфное, аморфно-нанокристаллическое или наноктристалическо (нанокомпозитное).
Для достижения поставленной цели были поставлены и выполнены следующие задачи:
1) на основе модели Miedema рассчитать термодинамические потенциалы (энтальпию, энтропию, энергию Гиббса) кристаллической и аморфной фаз в системе Ti- Nb-Ni;
2) построить концентрационные диаграммы энтальпии аморфной и интерметаллической фаз для сплавов системы Ti-Nb-Ni;
3) определить составы сплавов данной системы, характеризующихся высокой склонностью к аморфизации;
4) выполнить экспериментальную проверку результатов термодинамического моделирования на покрытиях системы Ti-Nb-Ni, характеризующихся аморфным и кристаллическим структурными состояниями.
Купить