CALPHAD-简介

CALPHAD简介CALPHAD——（CalculationofPhaseDiagram）在热力学理论和热力学数据库支持下的相图计算其核心原理是：根据已知热力学相平衡数据，确定低组元(二元)系中各相的热力学描述，然后通过递推、优化，逐步获得高组元合金相的吉布斯能，而计算出可靠的高组元相图一、CALPHAD的发展1899年，H.Roozeboom把相律应用到多组元系统1878年，J.W.Gibbs提出相律1923年，G.N.Lewis和M.Randall发表“化学物质的热力学与自由能”。1900年，G.Tamman测定了大量金属系相图1940年，S.R.Brinkley,H.J.Kandiner,W.B.White等提出了平衡组成的最小自由能算法1970年，L.Kaufman,M.Hillert等倡导相图热力学计算，形成了相平衡研究的CALPHAD模式。1960年，NASA开发了第一个使用的，带物质热力学性质数据库的计算机程序1996-1999年，Pandat,JMatPro发布。1994年，DICTRA发布，实现扩散动力学相变计算。1987年，ChemSage发布，后扩展成为FactSage。1981年，Thermo-Cale发布，获得广泛应用。以CALPHAD为代表的材料相图计算方法及相关热力学、动力学软件工具在钢铁冶金、有色合金、熔盐、陶瓷、高分子、化工等广泛领域取得成功，正在对材料研究方法和结果带来巨大变革。二、CALPHAD方法收集、评估、筛选相图与热力学实验数据选择各相的吉布斯自由能模型给模型参数赋初始值重新评估实验数据重新选择模型调整模型参数的值将现有参数计算的相图与热力学数据与实验数据进行比较建立数据库工业应用二、CALPHAD方法magexiC1iiii0C1iiGGxlnxyRTGxG参考态自由能理想自由混合能过剩自由能磁性贡献的自由能二元系三元系四元系……估定exbinG外推)G(exbin+估定exterG外推)GG(exterexbin+估定exquaG典型系统包括Thermo-Calc、FactSage、Pandat、JMatPro等Thermo-Calc是这一领域经典代表二、CALPHAD计算工具强大的优化算法最为全面的数据库支持：铁基、镍基、钛基、铝合金、镁合金、氧化物、无机盐、陶瓷、焊接材料、腐蚀、镀层等各类数据库开放的数据库结构唯一支持扩散动力学计算（DICTRA）冶金、材料热力学计算领域上广泛的采用三、CALPHAD的应用CALPHAD热力学与动力学相结合，使得严格意义上材料设计成为可能。CALPHAD方法与量子化学第一原理结合，利用后者的理论基础，使热力学数据的获取更加准确，严谨和方便。CALPHAD方法与相场方法相结合，定量模拟合金微观结构演变。三、CALPHAD的应用图2.Al-Mn-Ni体系600oC等温截面图1.Al-Fe-Ni体系950oC等温截面●所提出的四亚点阵模型成功描述了具有多种有序-无序相变的Al-Fe-Ni和Al-Mn-Ni等体系相图●该模型已首次成功应用于多元铝合金相平衡的计算相场模拟热力学因，相变驱动力，相平衡扩散系数矩阵热力学数据库扩散动力学数据库界面/弹性能数据库界面能，弹性能三、CALPHAD的应用相图计算与相场结合实现Al合金显微组织的模拟感谢您的参与!