材料成型及控制工程畢業(yè)論文-alcrcofeniv高熵合金相圖分析

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　AlCrCoFeNiV高熵合金相圖分析</p><p><b>　　誠信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師

2、的指導(dǎo)下獨立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p>　　AlCrCoFeNiV高熵合金相圖分析</p><p>　　摘 要：鋁是一種廣泛使用的輕金屬，它的含量居全球第三，僅次于氧和硅，是含量最豐富的金屬元素。同時，因為鋁合金具有更加優(yōu)良的綜合性能，被廣泛應(yīng)

3、用在航空航天，汽車，動車等領(lǐng)域。Fe、Cu、Ni、Mn等元素是鋁合金中主要合金元素。為了提高合金性能，改善生產(chǎn)工藝，研究鋁合金是很重要的。</p><p>　　本文以多元高熵合金AlCrCoFeNiV 為研究課題。首先，通過相圖熱力學、CALPHAD(CALculation of PHASE Diagram )技術(shù)以及實驗驗證分析來獲得相應(yīng)的相圖。然后，采用XRD等實驗手段，測定AlCrCoFeNi高熵合金的組織

4、結(jié)構(gòu)圖，進行多次實驗，不斷優(yōu)化。</p><p>　　采用CALPHAD手段，對相圖進行不斷修訂，優(yōu)化等。通過實驗結(jié)果和計算結(jié)果相比，本工作使得結(jié)果能更加準確，獲得的實驗數(shù)據(jù)更加可靠。</p><p>　　關(guān)鍵詞：鋁合金，熱力學</p><p>　　An analysis of AlCrCoFeNiV high entropy alloy phase diagram

5、</p><p>　　Abstract:Aluminum is a widely used light metals. Al content in the earth's crust is ithird， only to O and Si , is the most abundant metal elements content . At the same time, the Al alloy becau

6、se of excellent comprehensive performance, is widely used in aerospace, automobile, train, etc. Fe, Cu, Ni, Mn and other elements is the main alloying element in Al alloy. In order to improve the performance of alloy, im

7、prove the production process, it is important to study related Al alloy .</p><p>　　Based on AlCrCoFeNiV high entropy alloys as the study subject, through the PHASE Diagram of thermodynamics, CALPHAD (CALcula

8、tion of PHASE Diagram) technology and the analysis of the experiment to obtain the corresponding PHASE Diagram. Using the experimental means such as XRD, determination of AlCrCoFeNi high entropy alloy phase diagram, and

9、experimental verification, optimized unceasingly. </p><p>　　A constant revision and optimization to the phase diagram by the method of CALPHAD

10、 . Through compared the numerical results and experimental results, this job can makes the result more accurate, more reliable obtained by experimental data. </p><p>　　Keywords:Aluminum,thermodynamics </p

11、><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒 論1</b></p><p>　　1.1 高熵合金1</p><p>　　1.1.1 研究意義1</p><p>　　1.1.2 當今進展3</p><p>　　1

12、.2 本課題研究的目標及研究內(nèi)容4</p><p>　　1.2.1 課題研究目的4</p><p>　　1.2.2 課題研究的內(nèi)容4</p><p>　　1.2.3 課題進度安排5</p><p><b>　　2 理論研究6</b></p><p>　　2.1 相圖的概念6

13、</p><p>　　2.1.1 計算機相圖的作用6</p><p>　　2.2 計算相圖7</p><p>　　2.2.1 計算相圖7</p><p>　　2.2.2 相律8</p><p>　　2.2.3 相圖熱力學計算的一般原理9</p><p>　　2.3 相圖熱力

14、學計算常用的軟件11</p><p>　　2.3.1 Thermo-Calc軟件11</p><p>　　2.3.2 Factsage11</p><p>　　2.3.3 Pandat軟件12</p><p>　　2.4 相圖計算常用的熱力學模型13</p><p>　　2.4.1 純組元的熱

15、力學模型13</p><p>　　2.4.2 理想溶液相的熱力學模型14</p><p>　　2.4.3 亞點陣模型15</p><p>　　2.4.4 有序?無序相變模型17</p><p>　　2.4.5 正規(guī)溶體模型18</p><p>　　2.4.6 亞正規(guī)溶液模型及似亞正規(guī)模型19<

16、;/p><p>　　2.4.7 磁性有序?qū)妓棺杂赡艿呢暙I19</p><p>　　3 軟件應(yīng)用20</p><p>　　3.1 Pandat 基本知識20</p><p>　　3.2 數(shù)據(jù)庫命令21</p><p>　　3.2.1 編輯數(shù)據(jù)庫22</p><p>　　3.2.

17、2 計算23</p><p>　　3.2.3 選項25</p><p>　　4 實驗驗證27</p><p>　　4.1 設(shè)計實驗27</p><p>　　4.2 實驗過程27</p><p>　　4.3 對比驗證31</p><p><b>　　5 總結(jié)3

18、2</b></p><p><b>　　參考文獻33</b></p><p><b>　　致謝34</b></p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p><b>　　1.1 高熵合金</b></p>&l

19、t;p>　　高熵合金是由于90年代大塊非晶合金的出現(xiàn)，人們都在努力找尋有超高玻璃化形成性能的合金。隨后有研究者發(fā)現(xiàn)高熵和玻璃化形成能力高并不一致，反而是一些高混合熵合金可以形成單相固溶體。因此，葉均蔚等認為此種單相固溶體是高混合熵的穩(wěn)定的固溶體，而命名為高熵合金。到底是什么原因使高混合熵合金的玻璃化形成能力并不高，張勇等研究人員進行統(tǒng)計了大量的高混合熵合金，從尺寸差、焓和熵角度作出了系統(tǒng)分析，并利用Adam-Gibbs方程作出了詳

20、細的解釋。</p><p>　　從目前的研究進展和發(fā)現(xiàn)來看，高熵合金擁有一些傳統(tǒng)的合金所沒有的優(yōu)良的性能，如較高強度、高硬度、高耐磨性、高耐腐蝕性、高熱阻性等，因而在材料科學和凝聚態(tài)物理領(lǐng)域中成為繼大塊非晶之后一個全新的研究課題。現(xiàn)今，高熵合金的研究一般是主要集中在鑄造狀態(tài)下的進行的性能測試，大家知道鑄造狀態(tài)下的產(chǎn)品必然存在著天然行的性能的缺陷(例如空洞、疏松等)，但是對于在熱處理、熱加工后性能的研究很少有報道。

21、在我們科學家們看來在未來空間中，高熵合金無疑是最重要的，也是最有必要去探討的領(lǐng)域，有可能成為未來產(chǎn)業(yè)的支柱，同時也是現(xiàn)在金屬研究方向發(fā)展的重中之重，是我們必須要引起注意的領(lǐng)域，也是我們專業(yè)現(xiàn)在大學生需要了解的。</p><p>　　現(xiàn)在，高熵合金通常情況可以被定義為由五個或五個以上的元素組元按照等原子比或接近于等原子比來進行合金化，它的混合熵是高于合金的熔化熵的，一般是會形成高熵固溶體相等合金。［1］總而言之，在

22、高熵合金相圖中，總會有熵值低于其它種類相圖的固溶體想去，它是至今為止發(fā)現(xiàn)的熵值最的固溶體，是最穩(wěn)定的。在當今社會高新技術(shù)飛速的現(xiàn)在，產(chǎn)品技術(shù)更新越來越快，可是在高熵合金方面發(fā)展還是不是那么快的，始終以CoCrCuFeNi為代表的面心立方固溶體結(jié)構(gòu)合金和A1CoCrFeNi為代表的體心立方固溶體結(jié)構(gòu)合金為發(fā)展最快的方向，是現(xiàn)在國內(nèi)高熵合金領(lǐng)域的主要方向。</p><p>　　1.1.1 研究意義</p>

23、;<p>　　傳統(tǒng)的合金通過來添加各種微量元素導(dǎo)致了固溶強化等作用，從而改善合金的組織與性能。在傳統(tǒng)工藝制備過程中加入元素在數(shù)量和種類上是有很大限制的，在傳統(tǒng)合金中通常是在鐵中添加相應(yīng)的元素，從而產(chǎn)生相應(yīng)的性質(zhì)，如果加入的元素量太多就會導(dǎo)致不能產(chǎn)生相應(yīng)的性能，而會導(dǎo)致合金的開裂、縮孔、裂紋等不良癥狀，不能被人們所使用，產(chǎn)生廢品，降低了產(chǎn)量，不利于生產(chǎn)和生活，造成極大的浪費。為了提高生產(chǎn)率，降低廢品，經(jīng)過研究人員的不懈努力終

24、于開創(chuàng)一種新的合金形式，除去傳統(tǒng)合金單一主元的模式外，創(chuàng)造性的提出多主元合金的全新的理念，即不局限于唯一元素作主元素，而是把許多含量為5％～35％的元素都作為主要元素（n>5），這樣的話就可以有更多的探索空間，不會局限于唯一的元素。所以在定義的多主元元素合金中沒有唯一元素，不會有哪一種元素的含量會超過50％以上，變成傳統(tǒng)定義的合金。［2］不論是傳統(tǒng)定義的合金還是現(xiàn)今定義的多主元合金，它們的性質(zhì)是許多種元素一起相互作用產(chǎn)生的特性的表

25、現(xiàn)，不一樣的元素作用會有不一樣的性質(zhì)，從而能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)生活需求。經(jīng)過人們不懈的努力和研究者的整理發(fā)現(xiàn)：定義的多主元合金在凝固的晶體相是簡單的體</p><p>　　高熵合金這一創(chuàng)造性理念一經(jīng)提出就引起了各個領(lǐng)域的工作者的廣泛關(guān)注。因為它的提出，打破了傳統(tǒng)的合金理念，開辟了全新合金體系，為人們在金屬合金方面發(fā)展有指明一條道路，使人們看到新的希望。高熵合金的提出，同時，它優(yōu)異的性能，也是很多人們關(guān)注的重點

26、，現(xiàn)在技術(shù)水平下用不同的合金成分可以獲得不一樣的特性如高耐腐蝕，高抗氧化性等等?，F(xiàn)在，高熵合金在某些方面已經(jīng)取得令人矚目的成績，如高熵合金火炮管，高熵合金涂層的太陽能等。由于高熵合金較高的學術(shù)與經(jīng)濟價值，多主元高熵合金成為金屬合金發(fā)展的重點。</p><p>　　目前，所有人對高熵合金的研究，都從未跳出葉均蔚等人第一次發(fā)表關(guān)于高熵合金定義的框架，至今局限于組織測定和性能的測試、添加新元素、開發(fā)合金種類等，未對合金

27、相組成規(guī)律以及相鑒定方法進行分析。本畢業(yè)設(shè)計選定六元AlCrCoFeNiV多主元高熵合金作為研究體系，通過本次畢業(yè)計，了解相圖計算的方法；學習相圖計算Pandat軟件；分析AlCrCoFeNiV高熵合金相結(jié)構(gòu)，并實驗驗證；分析組元摻雜及置換對高熵合金相結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，為合金成分進行理論指導(dǎo)。</p><p>　　1.1.2 當今進展</p><p>　　伴隨著現(xiàn)代工藝的發(fā)展，人們從80個

28、金屬元素中取出13種常用的金屬元素，按照不同的比例和不同的配置方法，每種方法中各元素的比例可以改變，還可以添加相應(yīng)的少量元素來改變性質(zhì)達到人們的要求需要，這樣就可以獲得7099多中合金，遠遠多于傳統(tǒng)方法制造的合金。真空電弧爐熔鑄法是制備多主元高熵合金迄今為止應(yīng)用最多、最傳統(tǒng)的方法；但最近印度有人制作的AlFeTiCrZnCu高熵合金利用的機械法；隨后多主元高功能合金鍍膜是應(yīng)用磁控濺射方法制備的。［3］這些方法極大的促進了制備方法的進步和

29、高熵合金的進一步發(fā)展。現(xiàn)在高熵合金的主要組成元素的最大原子半徑差大是為了最大限度的形成固溶體，它們一般情況下是面心或體心立方體或者密排六方結(jié)構(gòu)，并且有相近的點陣常數(shù)。多主元高熵合金可以利用許多方法例如：噴粉法等來制作涂層等。高熵合金的應(yīng)用前景會越來越大，發(fā)展越來越好。</p><p>　　多主元高熵合金自上世紀90年代提出以來，已在金屬領(lǐng)域中引起一場又一場的金屬風暴，已然成為當今金屬領(lǐng)域發(fā)展的核心，隨著概念的提出

30、，新型金屬不斷產(chǎn)生，在高熵合金領(lǐng)域科學家們已經(jīng)取得了許多讓人矚目的成果。來自臺灣的多所高校和科研單位的工作者們開始對高熵合金產(chǎn)生了濃厚的興趣并陸續(xù)對其進行了研究開發(fā)工作，在幾年內(nèi)取得了一定的成果包括：Fe-Co-Ni-Cr-Al-Cu多主元高熵合金的高溫氧化與高溫漸變研究；多元高性能合金清凈化研究；多主元高熵合金相圖模擬研究等。［4］大量材料學者展開對多組元高熵合金旳結(jié)構(gòu)、組織形貌及各種性能的研究是直到21世紀初高熵合金的研究成果公開發(fā)

31、表后，引起世界的轟動才發(fā)生的。直到現(xiàn)在，國外的許多研究機構(gòu)，如伯明翰大學、牛津大學等，已經(jīng)對高熵合金的研究開展了大量工作。國內(nèi)像清華大學、北京科技大學、重慶大學、吉林大學、上海大學、太原理工大學以及山東科技大學等單位的科研工作者也相繼對高熵合金這一新興合金體系進行了不同程度的研究并取得了一定的成績?，F(xiàn)在臺灣學者希望價格低，性能好的高性價比的新型高熵氫化物二次電池，因此進一步對多主元高熵合金的放電性進行了研究；有人提出了等摩爾多主元<

32、;/p><p>　　高熵合金可用于電池，太陽能，輪船的葉片及高溫材料等，正因為如此，高熵合金具有廣泛的用途。同樣由于高熵合金具有耐腐蝕、耐高溫等性能可用作靈敏信息設(shè)備的耐蝕高強度材料、航空器械的耐火骨架等。多主元高熵合金被認為是這幾十年來合金化理論的3大突破之一，由于高熵合金應(yīng)用的多元化，面對的產(chǎn)業(yè)也會十分豐富的。這會對人們的生活造成不小的沖擊，會讓人們的生產(chǎn)也會有巨大變化，是對傳統(tǒng)合金理念的挑戰(zhàn)，也是提高人們高科技

33、產(chǎn)業(yè)的無限機會，總而言之，這會對人們生活生產(chǎn)產(chǎn)生巨大影響，對我們既是挑戰(zhàn)也是機遇。</p><p>　　1.2 本課題研究的目標及研究內(nèi)容</p><p>　　1.2.1 課題研究目的</p><p>　　高熵合金不管是從理論還是從實際生活中來說都有十分重大的意義?？墒?，近些年來所有人對高熵合金的研究，都從未跳出葉均蔚等人第一次發(fā)表關(guān)于高熵合金定義的框架，至今局

34、限于組織測定和性能的測試、添加新元素、開發(fā)合金種類等，未對合金相組成規(guī)律以及相鑒定方法進行分析。本課題也正是基于這一背景立題，研究的目的通過本次畢業(yè)設(shè)計，了解相圖計算的方法；學習相圖計算Pandat軟件；分析AlCrCoFeNiV高熵合金相結(jié)構(gòu)，并實驗驗證；分析組元摻雜及置換對高熵合金相結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，為合金成分設(shè)計提供理論指導(dǎo)。</p><p>　　1.2.2 課題研究的內(nèi)容</p><p

35、>　　1）學習相圖計算軟件Pandat的應(yīng)用。</p><p>　　2） 應(yīng)用Pandat軟件計算室溫下AlCrCoFeNiV及AlCrCoFeNiV0.5高熵合金相結(jié)構(gòu)。</p><p>　　3）通過XRD分析實驗驗證釩含量對高熵合金相結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。</p><p>　　4）撰寫畢業(yè)論文。結(jié)構(gòu)完整，層次分明，語言順暢；格式符合機械工程系學位論文格式的統(tǒng)一要

36、求。</p><p>　　1.2.3 課題進度安排</p><p><b>　　2 理論研究</b></p><p>　　2.1 相圖的概念</p><p>　　相圖不僅表示在恒定溫度，壓力下，組成物質(zhì)的相的變化情況還可以表示相轉(zhuǎn)變趨勢,也稱為平衡相圖或平衡狀態(tài)圖，它是體系中相平衡時的幾何關(guān)系的表示圖。除此外，還能

37、表示出相的組織成分、含量、平衡相穩(wěn)定存在的范圍以及整個體系物理化學性質(zhì)的變化過程,并且能明確的說明體系中相變發(fā)生時的條件(如溫度、壓力、濃度等)。</p><p>　　計算相圖的產(chǎn)生是21世紀的產(chǎn)物，它可以在根本上杜絕實驗過程由于人為誤差產(chǎn)生的影響。它是全新的一種學科，是計算機和熱力學的結(jié)合產(chǎn)生的，成為一種計算相圖的簡便方法。 由于科學技術(shù)的持續(xù)發(fā)展， 現(xiàn)在材料科學的領(lǐng)域出現(xiàn)了許多常用的相圖計算的軟件，例如MTD

38、ATA、Pandat、Luka等。其中的Pandat 軟件是其中一個可以無需設(shè)定初始值，自動搜索，允許用戶自定義數(shù)據(jù)庫，并具有十分強大的計算功能的一個多組元相圖計算軟件包。本文是基于Pandat相圖計算軟件，對AlCrCoFeNiV高熵合金的相圖進行模擬計算，分析AlCrCoFeNiV高熵合金相結(jié)構(gòu)，并實驗驗證；分析組元摻雜及置換對高熵合金相結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，為合金成分設(shè)計提供理論指導(dǎo)。。</p><p>　　2.

39、1.1 計算機相圖的作用</p><p>　　計算機相圖不僅節(jié)約了大量的人力、物力，還比實驗測定的相圖更加精確，可控。計算相圖可以推出整個相圖，優(yōu)化吉布斯自由參數(shù)，僅僅需要對體系相圖中關(guān)鍵區(qū)域和關(guān)鍵相點的熱力學數(shù)據(jù)進行測量就可以。而實驗測定相圖不僅存在各種危險和不可控制因素，而且測得的數(shù)據(jù)是片面的，有限的，無法對整個相圖各個部分進行測定，不能對整個相圖做出完整、精確、全面的描述。有了計算機相圖計算這樣不僅大大提

40、高了相圖計算的精確性，避免了各種現(xiàn)實中存在的困難和危險，而且在很大程度上減輕了研究者的工作量，可以讓他們有更大的精力進行下一步研究工作： </p><p>　　與實測相圖相比，計算相圖有以下顯著特點：</p><p>　?。?）能節(jié)約時間和提高加工工藝精確性，能為材料加工工藝的制訂和實際設(shè)計作參考；</p><p>　　（2）通過計算來推斷出整個相圖，可以預(yù)測無擴散

41、相變的成分范圍；</p><p>　?。?）能計算多元相平衡，為使用者提供準確可靠的相圖信息，例如：能對運用不同實驗方法和不同人所測定的實驗數(shù)據(jù)進行合理的評估，判別數(shù)據(jù)的一致性；</p><p>　?。?）能從中得到亞穩(wěn)相圖；</p><p>　?。?）能得到相變動力學研究所需要的相變驅(qū)動力、活度等數(shù)據(jù)；</p><p><b>　

42、　2.2 計算相圖</b></p><p>　　相圖計算就是選擇合適的熱力學模型，運用熱力學原理從而推斷出系統(tǒng)的相平衡關(guān)系，從而繪出各相的熱力學性質(zhì)隨溫度、壓力等的變化的變化的相圖的一門科學。其中必須要注意的是模擬必須選擇恰當?shù)臒崃W模型，不然不能得到想要的結(jié)果，而且會出現(xiàn)極大的誤差，從而導(dǎo)致相圖無用，不能完成相應(yīng)的計算。</p><p>　　2.2.1 計算相圖</

43、p><p>　　現(xiàn)今社會在研究中釆用一般的實驗測定相圖的手段已經(jīng)很難達到所需要的要求，因為我們的合金組元太多，相圖的復(fù)雜度也太大，同時，人們生活日益豐富，對各種物質(zhì)的需求也不斷增加，物質(zhì)的各種性能和質(zhì)量也不斷增長。只有更加精確的相圖，才能更精確的研究，實驗測定的相圖只是能大致做出接近真實相圖的近似形狀，現(xiàn)在已經(jīng)不能達到人們的要求,所以，人們利用計算機、熱力學數(shù)據(jù)庫和熱力學函數(shù)結(jié)合從而來繪制出更加精確的相圖。</

44、p><p>　　在CALPHAD (計算相圖， 即Calculation of PHAseDiagram)技術(shù)中，第一步并且是最重要的一步是熱力學參數(shù)的優(yōu)化。在熱力學參數(shù)的優(yōu)化過程中，并不是所有的實驗數(shù)據(jù)都進行優(yōu)化，而是最先選用一套最可行的數(shù)據(jù)進行第一步的優(yōu)化。［5］而最重要一步中最困難的就是賦予初始值給所選的被優(yōu)化的參數(shù)。當選擇好數(shù)據(jù)值后，開始優(yōu)化。在沒有足夠數(shù)據(jù)時，可用理論數(shù)據(jù)或相似數(shù)據(jù)代替來進行計算。當?shù)谝徊絻?yōu)

45、化成功后，可以繼續(xù)向系統(tǒng)里面加入數(shù)值，一步一步來完成整個系統(tǒng)所有數(shù)值的計算。相圖計算方法的流程圖如圖1 所示。</p><p><b>　　相圖計算可分為：</b></p><p>　?、偎鸭嚓P(guān)數(shù)據(jù)，查詢相關(guān)文獻；</p><p>　?、谶x擇合理的Gibbs自由能模型；</p><p>　?、圻x擇熱力學參數(shù)，進行優(yōu)化；

46、</p><p>　　④優(yōu)化出合理參數(shù)，完成相圖計算；</p><p><b>　?、萃瞥龆嘣迪鄨D。</b></p><p><b>　　2.2.2 相律</b></p><p>　　相律,是美國理論物理學家吉布斯發(fā)表的，又稱吉布斯相律，是相圖研究及相平衡關(guān)系最基本的理論依據(jù)，是具有高度概括性和

47、普遍適應(yīng)性的規(guī)律。吉布斯相律不僅成為相關(guān)領(lǐng)域的重要理論手段，而且還推動了熱力學及物理化學的快速發(fā)展具有偉大意義。吉布斯相律F = C - P + N表示出了平衡體系中變量的數(shù)目、平衡共存的相、獨立的組元以及之間的關(guān)系。其中F為自由度數(shù)，C為獨立組元的數(shù)目，P：平衡相的數(shù)目，N:外界因素。</p><p>　　對于單元系而言,如果在平面相圖上可用一個平面來表示,那么它自由度為2，只有一相存在；</p>

48、<p>　　如果在平面相圖上可以用一條曲線表示，那么自由度為1，兩相共存；</p><p>　　如果在相圖上有且僅有一個點，那么自由度是0，三相共存。</p><p>　　一個相與物質(zhì)的質(zhì)量、數(shù)量無關(guān)，由界面分類來越過界面時材料的性質(zhì)就發(fā)生了突變，在一個相中是具有相同物理和化學性質(zhì)的材料。</p><p>　　N是外界因素,例如N為2，可以說是只考慮溫度

49、和壓力兩個因素時；當公式為F = C - P + 1時，則這個體系中壓力影響因素可以不計，是固態(tài)平衡體系。</p><p>　　由于相律是一種普遍適應(yīng)的規(guī)律,必須注意以下幾個方面:</p><p>　?、偃绻到y(tǒng)處于非平衡態(tài)，自由度可能出現(xiàn)負值，其他情況下自由度只能取“0”以上的正值。</p><p>　?、谝胝_理解相率，熟練應(yīng)用相率，必須能正確判斷限制條件數(shù)、

50、相數(shù)、化學反應(yīng)式等。</p><p>　?、巯嗦刹荒茴A(yù)測反應(yīng)動力學問題，只能處理真實的熱力學平衡體系。</p><p>　　④只能表示系統(tǒng)中組分和相的數(shù)目,不能指明類型和含量。</p><p>　　⑤如果只有溫度和壓強，相律表達式中為“2”；如果只有溫度，相律表達式中為“1”。</p><p>　　2.2.3 相圖熱力學計算的一般原理<

51、;/p><p>　　實驗測定相圖的方法例如動態(tài)法、靜態(tài)法等實驗測定方法受到實驗設(shè)備和人為因素等許多因素的影響，不能滿足人們需求，很難做出精確的相圖，不能適應(yīng)當今社會發(fā)展的要求，人們在要求精確，追求理想。雖然現(xiàn)實生活中很難達到理想狀態(tài)，但是理論上是可以的。為了做出精確的相圖整體的理論分析和預(yù)測，可以通過穩(wěn)定平衡狀態(tài)得到的熱力學參數(shù)一步一步推出非平衡狀態(tài)中可能出現(xiàn)的相,也就是說通過研究穩(wěn)定或亞穩(wěn)態(tài)相圖,來得到非平衡狀態(tài)圖

52、。又因為，相圖是材料科學工作者的地圖、材料設(shè)計的指導(dǎo)書,是研究材料的重要基礎(chǔ)理論之一，是用來表示材料狀態(tài)、溫度及成分關(guān)系的綜合圖形。［5］所以要盡可能的精確。</p><p>　　相圖中得到各種熱力學參數(shù)，也能用熱力學參數(shù)來計算出體系的相圖,相輔相成,可以相互類推的。而今，熱力學數(shù)據(jù)庫與相圖計算稱合在一起,使得相圖熱力學有了進一步的進步。體系平衡狀態(tài)的判據(jù)分為廣度判據(jù)和寬度判據(jù)。</p><p

53、>　　體系平衡狀態(tài)的廣度判據(jù)</p><p>　　體系平衡狀態(tài)的廣度判據(jù)是體系內(nèi)各相的自由能之和取最小值。</p><p><b>　　(2.1)</b></p><p>　　假設(shè)在體系有C個組元，Ф個相共存，在等溫等壓條件下達到熱力學平衡時，封閉體系的總自由能G取最小值。G為平衡狀態(tài)體系的總自由能,是組元Ф中的自由能，體系達到穩(wěn)定狀態(tài)下

54、體系的總自由能。</p><p>　　假定討論組的組成成分分別為x1，x2，...，xn的n元體系，在某一溫度下α、β兩相，ɑ（）；β（）為兩相組成，其中的分別表示i在ɑ和β相中的摩爾分數(shù)，總的摩爾自由能計算公式為：</p><p><b>　　(2.2)</b></p><p>　　其中A為體系中相的摩爾分數(shù)，1-A為相的摩爾分數(shù)。計算得：&

55、lt;/p><p><b>　　(2.3)</b></p><p>　　其中為組元i的總成分，又因為因此（2.1）式就是n個獨立變量組成的函數(shù)，也可以寫為：</p><p><b>　　(2.4)</b></p><p>　　使得取最小值得條件為：</p><p><b&g

56、t;　　(2.5)</b></p><p>　　聯(lián)立方程組求解體系總摩爾自由能最低時所對應(yīng)的成分，也就是α和β兩相平衡時的成分。</p><p>　　體系平衡狀態(tài)的強度判據(jù)</p><p>　　體系平衡狀態(tài)的強度判據(jù)是體系內(nèi)各相的化學勢相等。即在等溫等壓條件下達到熱力學平衡時，封閉體系中任一組分在各相中的化學勢相等。

57、 </p><p><b>　　(2.6)</b></p><p>　　分別表示組元i在平衡共存的相中的化學勢。求解（2.6）構(gòu)成的方程組即可解出該溫度下各相的平衡成分。</p><p>　　根據(jù)熱力學原理計算相圖,就是確定溫度與組織關(guān)系的過程。當熱力學參數(shù)為體系內(nèi)各個相的自由能之和的最小值時，這是系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。

58、在平衡狀態(tài)下，各相中的化學勢相等，自由能最小。自由能最小成為體系平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)。如果已知吉布斯自由能與溫度、壓力和濃度的函數(shù),也可以反過來得到各相化學勢的大小。使用恒溫、恒壓下相平衡的判斷依據(jù)來得到體系達到平衡后各相的平衡成分,核心是建立Gibbs自由能與溫度、壓力和濃度之間的函數(shù)關(guān)系,這是計算機進行稱合分析計算的基礎(chǔ)。</p><p>　　2.3 相圖熱力學計算常用的軟件</p><p

59、>　　把熱力學模型與計算機稱合,并建立齊全的熱力學數(shù)據(jù)庫,借助各種計算機語言(如C++語言)從而產(chǎn)生許多種成熟的相圖計算軟件,例如Thermo-Calc、Pandat、Factsage、MTDATA等。這些軟件都是將熱力學模型與大型數(shù)據(jù)庫計算和計算功能非常好的計算機相結(jié)合,不僅可以使用各種相關(guān)參數(shù)，還可以實現(xiàn)了多元多相的平衡計算,繪制出各種所需要的相圖。［6］</p><p>　　2.3.1 Therm

60、o-Calc軟件</p><p>　　Thermo-Calc軟件是世界上享有相當聲譽的熱力學計算軟件、是數(shù)據(jù)齊全、功能強大、結(jié)構(gòu)較為完整的計算系統(tǒng)、是瑞典人在研究的基礎(chǔ)上推出的相圖和熱力學計算軟件。利用Thermo-Calc軟件可以自動繪圖程序繪制各種相圖、將熱力學數(shù)據(jù)制成表格、做相平衡計算(如液相線及固相線溫度、各相的成分及比例等)、相圖計算及熱力學量的計算等。［6］ </p><p

61、>　　Themio-Calc系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)庫和模型為基礎(chǔ)，利用600多個子程序和不同功能的模塊進行相應(yīng)的計算和模擬。它通過程序來連接各個模塊，來實現(xiàn)各種功能，完成相應(yīng)要求。</p><p>　　2.3.2 Factsage</p><p>　　Factsage是由加拿大學者把兩個熱化學軟件包結(jié)合創(chuàng)造出來的。它具有廣泛使用群體、豐富的數(shù)據(jù)庫資源、強大的計算功能以及操作簡便等優(yōu)點被廣大

62、人民所接受。</p><p>　　Factsage模塊分為信息模塊(Info)、數(shù)據(jù)庫模塊(Databases)、計算模塊處理模塊。每個模塊有不同的作用：</p><p>　　包括軟件的相關(guān)信息的模塊叫做信息模塊；</p><p>　　用于數(shù)據(jù)庫的輸入、編輯、更改、檢索等是數(shù)據(jù)庫模塊，主要包括Documentation、 View Data、Compound、Sol

63、ution四個子模塊；</p><p>　　主要用于相圖計算、多元多相平衡計算、熱力學優(yōu)化等輸出結(jié)果進行后處理，生成的各種圖形，主要包括Results、Mixture、Hgure等子模塊是計算和處理模塊。</p><p>　　2.3.3 Pandat軟件</p><p>　　由于一些相圖計算軟件使用不僅不便而且很容易使計算失真。為了提供功能強大和方便易學的相圖與

64、熱力學計算軟件，美國CompuTherm LLC 公司在1996年開發(fā)了新一代多元合金相圖和熱力學性能計算軟件Pandat。Pandat軟件和數(shù)據(jù)庫的完美結(jié)合、友好的操作界面及標準、可靠的計算結(jié)果、獨特的軟件設(shè)計理念得到業(yè)內(nèi)人士一致好評。它成為越來越多人追求目標，實驗的理想伴侶，能很好的表達人們的思想，實現(xiàn)人們心中所想。同時，它只是一個軟件包一款用于計算多元標準平衡或自己數(shù)據(jù)的合金相圖和熱力學性能的軟件包。［7］</p>

65、<p>　　Pandat軟件強大的理論支持、專業(yè)且完整的合金數(shù)據(jù)庫、完美的數(shù)據(jù)處理功能、完美的圖像以及表格制作等強大功能，用戶只需動一動鼠標，就能體驗到。</p><p>　　Pandat 的界面操作環(huán)境使得數(shù)據(jù)分析過程中的各個步驟（定義合金成分、指定模擬件、優(yōu)化、求解以及結(jié)果后處理）都變得非常的容易實現(xiàn)，無需用戶輸入初始值與估算值，軟件自動尋找平衡點。 再是支持各大合金數(shù)據(jù)庫及用戶自定義數(shù)據(jù)庫，包括

66、TDB、PDB 等等和專業(yè)且完整的合金數(shù)據(jù)庫，能夠針對用戶的實際需求十分迅速的提供有效數(shù)據(jù)，為用戶節(jié)約了大量寶貴的時間和精力。而且在本課題所研究的五組元AlCrCoFeNiV高熵合金體系就其數(shù)據(jù)庫而言絕對沒有問題。另外Pandat軟件包的另一個最大的優(yōu)點是大規(guī)模完整的計算功能，支持多元平衡標準相圖、液相線、等溫線、相圖優(yōu)化等等計算；支持用戶自主后續(xù)開發(fā)，可用于制作用戶自己的特制軟件。［7］</p><p>　　利

67、用Pandat軟件進行相圖計算關(guān)鍵是合適的熱力學模型,之后要進行參數(shù)設(shè)置。分別計算某一合金的二元合金相圖及多元合金液相面投影圖、相含量隨溫度的變化曲線、等溫水平截面相圖等各種相圖信息，可以通過選取熱力學模型和設(shè)定計算參數(shù)后獲得。［7］</p><p>　　Pandat 是基于完善的理論基礎(chǔ)、強大的算法、計算結(jié)果穩(wěn)定可靠、支持用戶自定義數(shù)據(jù)庫、易學易用、兼具功能性、靈活性和實用性于一體的偉大創(chuàng)造。</p>

68、;<p>　　這款軟件是人類智慧的結(jié)晶，是我們進步的階梯。它集中體現(xiàn)了人類的智慧是無窮大，極大的促進的材料相圖類科學的發(fā)展與進步，為人們探索未知的相圖提供了強而有力的工具，大大節(jié)約了人們的時間，使得更多的研究工作者們從繁重的工作中解脫出來，能夠有更多的精力去做更多的事，為人類的發(fā)展做更大的貢獻。</p><p>　　2.4 相圖計算常用的熱力學模型</p><p>　　通過

69、相圖計算方法來測定相圖的關(guān)鍵是選擇恰當?shù)膮?shù)和合適的熱力學模型，其中模型選擇的合適與否對整個實驗都至關(guān)重要，會影響最后的實驗結(jié)果的。</p><p>　　熱力學模型可以反映出濃度、溫度等變化和摩爾自由能Gm之間的關(guān)系，也可以反映體系的物理特性參數(shù)。在利用Pandat軟件進行相圖計算的過程中不同的溶體類型和合金體系需要用到下述熱力學模型［8］：</p><p>　　2.4.1 純組元的熱力

70、學模型</p><p>　　純組元自由能沒有絕對值，與組織成分無關(guān)，點陣穩(wěn)定性常數(shù)就是純組元的自由能的差。</p><p>　　一般情況，純組元i中單相ψ的自由能表示為， 只與壓力，溫度有關(guān)，與組織成分無關(guān)，有的時候也可稱做晶格穩(wěn)定性(Lattice stability)。純組元的吉布斯自由能夠描述為以下公式：</p><p><b>　　（2.7）<

71、;/b></p><p>　　其中，T 為絕對溫度；表示純組元i 在298.15 K 時的焓，標準參考形態(tài)是目前普遍采用下的形式，通常只在298 K 以上溫度的所作研究，故此假定在298 K時元素在1 個大氣壓下的焓為零(6)，熵也是0 K時候的熵，初始值都為0；h·T-9是針對高于熔點的固相進行不斷修正的；g·T7 是用來對低于熔點的液相進行不斷修正的；而為，需要通過模擬實驗來獲得的為

72、a, b, c, d, e, f, g, h ，它們被稱為待定參數(shù)。需要說的是純組元的數(shù)據(jù)庫已經(jīng)建立了并被廣大人們所接受，具有標準行，廣泛性，對純組元的自由能函數(shù)的描述都十分重要。純組元數(shù)據(jù)庫的建立是一個這個新時代創(chuàng)造性進步，是人們共同努力的成果。正是由于這個標準而且被廣泛接受的純組元數(shù)據(jù)庫的建立，才為相圖計算的跳躍性發(fā)展、為社會的進步、為人們的生產(chǎn)，生活的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。它的建立具有劃時代的重要意義，是社會進步的標志，以后人們可

73、以直接從數(shù)據(jù)庫中選取標準，不需要每一步都自己進行計算，測定，極大的減輕了人們的工作負擔，提高了人們的生活質(zhì)量。</p><p>　　2.4.2 理想溶液相的熱力學模型</p><p>　　理想溶體模型是各組分間的相互作用很弱,忽略不計；對于固溶體要求A、B組元應(yīng)有相同的原子結(jié)構(gòu)、相同的晶格常數(shù)，即A-A鍵的鍵能與B-B鍵的鍵能與混合后產(chǎn)生的新鍵能相同，只有符合這些條件才能被假定為理想溶體

74、模型。</p><p>　　設(shè)有NA個原子A和NB個原子B構(gòu)成1摩爾的理想溶體，則有,是為常數(shù)，則溶體的摩爾分數(shù)為：,,。</p><p>　　根據(jù)理想溶體的條件，體積V、內(nèi)能U、焓H等函數(shù)的摩爾量分別為[6]：</p><p><b>　　(2.8)</b></p><p>　　即理想溶體的上述函數(shù)是具有加和線性的。兩

75、原子結(jié)合一定會產(chǎn)生多余的熵，即混合熵，既有：,完全混合時將產(chǎn)生的最多微觀組態(tài)表達式為,混合熵可由Boltzmann方程解的，這里K為Boltzmann常數(shù)。</p><p><b>　　(2.9)</b></p><p>　　由于R是氣體常數(shù)，, (2.10)</p><p>　　由于摩爾自由能的定義式為：</p&g

76、t;<p><b>　　（2.11)</b></p><p>　　根據(jù)上面的（2.8、2.9、2.10）</p><p><b>　?。?.12)</b></p><p>　　式中的為A,B兩種純組元的摩爾吉布斯自由能，R為理想氣體常數(shù)，T為溫度，（2.11）式為理想溶體近似的摩爾自由能表達式，這也是最初的溶

77、體模型表達式?？紤]到此模型的表達式是按理想溶體得到的，這與實際溶體相差很遠，所以在以后正規(guī)溶體中考慮到原子的組成溶體組元之間結(jié)合能的影響。對于多元系的理想溶體模型表達式可以推廣為：</p><p><b>　　（2.13）</b></p><p>　　一些被通?？醋魍耆珶o序的溶體相，可用于置換溶液模型。對于二元系A(chǔ)-B來說，其α相的吉布斯自由能可以表述：</p&

78、gt;<p><b>　?。?.14）</b></p><p>　　分別表示純元素的晶格穩(wěn)定性參數(shù)；</p><p>　　相當于理想混合熵對自由能的貢獻；</p><p><b>　　為過剩自由能。</b></p><p>　　由Redlich-Kister(簡作R-K)多項式來表示：

79、</p><p>　　= （2.15）</p><p><b>　?。?.16）</b></p><p><b>　?。?.17）</b></p><p>　　2.4.3 亞點陣模型<

80、;/p><p>　　亞點陣模型是由隨機混合的若干亞點陣構(gòu)成的。亞點陣模型的建立需要滿足以下幾個條件：1）亞點陣必須遵循規(guī)則溶液模型的規(guī)則；2）亞點陣之間的原子相鄰，且最近的原子的作用力為常數(shù)；3）過剩自由能以及亞點陣的之間的相互作用都忽略不接。［6］如果兩個亞點陣中一個以A 原子為主，另一個以B 原子為主，那么亞點陣的形式為(A, B)P(B, A)Q。 和 分別表示A原子在第一個和第二個亞點陣中的點陣分數(shù)， 和分別

81、表示B 原子在第一個和第二個亞點陣中的點陣分數(shù)， 并且滿足 + =1及 + =1，那么：</p><p><b>　?。?.18）</b></p><p><b>　?。?.19）</b></p><p>　　最近鄰原子的相互作用為:</p><p><b>　　（2.20）</

82、b></p><p>　　、 、 和 稱為端際組元。而幾個端際組元實際上就可以組成一個相的吉布斯自由能?；旌响嘏c次近鄰相互作用為：</p><p><b>　　（2.21）</b></p><p>　　每個亞點陣只有一個原子的化學計量比相的化合物是成分范圍變化很小的或者說是嚴格遵守化學計量比的化合物，從而式中可以簡化為(6)：</p

83、><p><b>　?。?.22）</b></p><p>　　如果規(guī)定相為1mol，并將其看成是一個晶格中的組元和另一個晶格構(gòu)成的固溶體，即與，其中N代表原子C，D。此時，具體的自由能表達式就可以表述為：</p><p><b>　　(2.23)</b></p><p><b>　　(2.2

84、4)</b></p><p><b>　　(2.25)</b></p><p>　　結(jié)合前面的公式計算可得吉布斯自由能的最終表達式： </p><p><b>　　（2.26）</b></p><p>　　其中 （2.27）</p><p>　　式中，

85、表示亞點陣I被A和B占據(jù)，亞點陣II被C占滿；同理表示、。</p><p>　　2.4.4 有序?無序相變模型</p><p>　　在許多合金中高溫時原子呈無序狀態(tài)排列，而在低溫時則呈有序狀態(tài)，這種隨溫度升降而出現(xiàn)低溫有序和高溫無序的可逆轉(zhuǎn)變過程稱為有序?無序轉(zhuǎn)變。為了能夠合理描述有序?無序相變并建立精確的多組元熱力學數(shù)據(jù)庫，必須使用同一方程來模擬有序相和無序相的自由能。例如基于Bcc

86、相的晶體結(jié)構(gòu)由于Bcc_B2 的晶格對稱性，兩個亞點陣不可分，所以Bcc_B2 的有序化要求它的雙亞點陣模型中的每個亞點陣的點陣分數(shù)是一致的。［6］由此得到Bcc_B2/Bcc_A2 的統(tǒng)一模型為：(A, B, Va)1(A, B, Va)1。其吉布斯自由能如公式所示，</p><p><b>　　（2.28）</b></p><p>　　Gmx 用替代固溶體模型描述

87、，</p><p>　　由于Bcc_B2 的晶格對稱性，兩個亞點陣不可分，所以兩者可以互相代替，其吉布斯自由能是一樣的，因此有約束條件：</p><p><b>　?。?.29）</b></p><p>　　對于二元系模型(A, B, Va)1(A, B, Va)1，公式的具體表示為：</p><p><b>

88、　?。?.30）</b></p><p><b>　?。?.31）</b></p><p><b>　?。?.32）</b></p><p>　　由于Bcc_B2 是有序的Bcc 相，因此還存在有：</p><p><b>　?。?.33）</b></p>

89、;<p><b>　?。?.34）</b></p><p>　　由于晶格對稱性，2 個亞點陣中的所有相互作用參數(shù)也必須是相互對稱的，則：</p><p>　　Li, j:k = Lk:i, j </p><p><b>　　對于三元系，有：</b></p><p>　　Li, j,k:

90、I = Li:i, j,K </p><p>　　有序?無序模型是CALPHAD 模型中成功地將固溶體模型和亞點陣模型相結(jié)合的例子，在計算熱力學中有重要作用。但是有序/無序轉(zhuǎn)變模型并不是十分完美的，優(yōu)點是可以用一個模型同時描述有序相和無序相；缺點是在優(yōu)化計算的過程較為復(fù)雜。例如：對于某些有序相(例如，Bcc 結(jié)構(gòu)的有序相D03)，用2 個亞點陣就無法描述，亞點陣數(shù)必須增加到4 個才能描述。對于有序/無序轉(zhuǎn)變模型來

91、說如果要用來計算三元系，要有81 個End-membe，這就使得計算量大大增加，不能達到減輕人們工作量的目標，反而增加了人們的計算工作，加大人們的負擔，背離了人們設(shè)計的初衷。如果用來計算更高元的體系，其End-member量將成比例的增加，這樣是優(yōu)化計算的任務(wù)量大大增加。所以我們在選擇這一模型時需要慎重考慮，看是否合適，是否可以達到減輕任務(wù)量的目標。</p><p>　　2.4.5 正規(guī)溶體模型</p&g

92、t;<p>　　正規(guī)溶體模型是是當前溶體理論中應(yīng)用最為廣泛的一種熱力學模型。假設(shè)在置換式溶體中,任一原子都具有Z個最近鄰原子,Z為常數(shù)，與種類無關(guān)。［8］則正規(guī)溶體摩爾混合熵和摩爾混和焓的表達式如下:</p><p><b>　?。?.35）</b></p><p><b>　?。?.36） </b></p><

93、;p>　　式中，表示純組元i在相中的摩爾自由能，為相摩爾過剩自由能。</p><p>　　即為正規(guī)溶體模型表達式，為描述二元溶體的過剩自由能表達式，其中的過剩自由能中的相互作用系數(shù)是常數(shù)，由組成溶體的組元來決定。根據(jù)已知得為：</p><p><b>　　(2.37)</b></p><p>　　式中表示i和j的相互作用系數(shù)表示異類原子對

94、組元的鍵能；表示異類原子對的鍵能，和的算術(shù)平均值之差。</p><p>　　可以描述正規(guī)溶體的二元體系摩爾自由能為：</p><p><b>　?。?.38）</b></p><p>　　2.4.6 亞正規(guī)溶液模型及似亞正規(guī)模型</p><p>　　因為亞正規(guī)溶體模型和似亞正規(guī)溶體模型能準確的描述實際溶體的摩爾自由能，

95、而正規(guī)溶體模型只適用于計算一些相互作用不太大的體系的熱力學性質(zhì)。但是在實際溶液中通常和對吉布斯自由能的是不可忽略的。正規(guī)溶體模型中存在許多不合理的地方，有許多都忽略不計了，但是這些在實際中起著重要作用的，而亞正規(guī)溶體模型對正規(guī)溶體模型的組分機械混合自由能、混合熵和過剩自由能三部分分別作了修正，能更加準確地描述了實際溶體的性質(zhì)。［8］</p><p><b>　?。?.39）</b></

96、p><p>　　考慮到二元溶液中相互作用系數(shù)隨成分(x,摩爾分數(shù))的線性變化關(guān)系,提出了亞正規(guī)溶液模型,其相互作用系數(shù)被定義為:</p><p>　　或 (2.40)</p><p><b>　　過剩自由能表達式：</b></p><p>　　或

97、 （2.41）</p><p>　　考慮到二元溶液中相互作用系數(shù)隨溫度的線性變化，提出了似亞正規(guī)溶液模型。</p><p><b>　　(2.42)</b></p><p>　　亞正規(guī)溶體模型表達式的相互作用參數(shù)不具有明確的物理意義，是關(guān)于溫度和成分的函數(shù)，所以計算精度更高。</p><p>　　2.4.

98、7 磁性有序?qū)妓棺杂赡艿呢暙I</p><p>　　對于磁性材料而言，相應(yīng)的Gibbs 自由能應(yīng)由2部分 組成：</p><p>　　G=Gnmg+ Gmag (2.43)</p><p>　　式中：Gnmg 為非磁性部分對自由能的貢獻；而Gmag 是磁性部分對自由能的貢獻

99、；</p><p>　　而Gmag=RTln(B0+1)G(τ) 式中：τ = T /Τ *，</p><p>　　Τ *為材料在成分磁性轉(zhuǎn)變的臨界溫度，鐵磁性材料為居里溫度(TC)，反鐵磁性材料為尼爾溫度(TN)；</p><p>　　B0 是Bohr 磁子中每摩爾原子的平均磁通量。 </p><p><b>　　3 軟

100、件應(yīng)用</b></p><p>　　3.1 Pandat 基本知識</p><p>　　Pandat 是一款電腦計算、微軟界面和熱力學數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的軟件，是適合所有學者的簡單方便的不需輸入初始值的計算多元系統(tǒng)熱力學性質(zhì)和相圖的軟件，是可以滿足人們需要能精確計算的軟件。</p><p>　　菜單欄、狀態(tài)欄、主窗口、工具欄和瀏覽窗口構(gòu)成了Pandat 用戶

101、界面。 </p><p>　　菜單欄是用對當前活動窗口進行修改、編輯等操作命令的。</p><p>　　工具欄Pandat 為各種操作提供工具欄按鈕。</p><p>　　狀態(tài)欄顯示的是該相圖的狀態(tài)，提供詳細的描述。</p><p>　　瀏覽窗口顯示出當前工作區(qū)的目錄。以樹型結(jié)構(gòu)圖顯示。</p><p>　　主窗

102、口用于顯示文本，相圖或表格。</p><p>　　3.2 數(shù)據(jù)庫命令</p><p>　　有兩個格式的熱力學數(shù)據(jù)庫，PDB 加密型數(shù)據(jù)庫，TDB 文本文件格式數(shù)據(jù)庫，前者不可編輯修改，后者可以編輯修改。這兩種數(shù)據(jù)庫都可以被Pandat 讀取。相對于前者而言，后者有一部分是免費的，可以供廣大使用者參考使用的。一個工作區(qū)只能有一個活動狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫，也就是當前使用的或被激活的用于當前計算的。&

103、lt;/p><p>　　讀取數(shù)據(jù)庫的方法有許多。我們按照“Database→Load Database→選擇一個TDB 或者PDB 文件” 這樣的操作順序進行操作。同時，在我們安裝程序過程的時候就會有一個warning.dat 的文件生成，我們可以讀取它來進行操作。當讀取數(shù)據(jù)庫這一個操作完成后，我們就可以按照“選中一個可用元素，然后單擊>>”這樣的方式來要添加所需用的用來計算的有用元素。但是，想要一次選取

104、多個元素的話，按住<Ctrl>鍵。</p><p>　　3.2.1 編輯數(shù)據(jù)庫</p><p>　　讀取TDB 文件時，Pandat 自主的去檢測數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部信息，如果有缺失參數(shù)，會發(fā)出警告信息；如果信息不一致，也會有提示的，所以說它可以自主檢測數(shù)據(jù)庫內(nèi)部信息的一致性。在計算前，所有的數(shù)據(jù)庫信息必須一致，如果不一致，不能進行計算的。而對于PDB 數(shù)據(jù)庫則沒有這個功能，它不能使

105、用，不能自主的去檢測數(shù)據(jù)庫的一致性。</p><p>　　讀取的是TDB 數(shù)據(jù)庫時，在瀏覽窗口里點擊Database→修改TDB 數(shù)據(jù)庫→運行“Database→Save and Refresh Database”→保存該數(shù)據(jù)庫。通過這樣的操作過程，就有新的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生，這是一個滿足我們用戶自己需求的自己的數(shù)據(jù)庫，并不是標準的數(shù)據(jù)庫，這個時候用戶可以替換也可以另存為，總之一個新的數(shù)據(jù)庫誕生了。</p>

106、<p>　　要改變已選擇的組元，運行Database→Select Components。</p><p>　　運行 Database→Save Subsystem to file→Database→Save and Refresh Database。就可以保存數(shù)據(jù)庫。切記：上述兩個命令都不能對于PDB 文件使用。</p><p>　　添加數(shù)據(jù)庫添加的都是TDB 格式的數(shù)據(jù)庫，

107、必須是在該數(shù)據(jù)庫活動狀態(tài)下進行的。需要注意的是：PDB也可以進行添加，但必須在活動的狀態(tài)下進行的，而且保存的時候是TDB 格式；新元素不能通過這個功能添加。</p><p><b>　　3.2.2 計算</b></p><p>　　Pandat 是被廣泛認可的多元熱力學計算軟件。Pandat 軟件中的計算可以分為點、線、面的計算以及液相線計算和凝固模擬。一個點決定計

108、算的是點計算；兩個端點決定一條線的是線計算；不共線的三個點決定了一個面的計算是截面計算；凝固模擬中也只需一點就可以。</p><p>　　通過定義一個點，然后就可以判斷出一個條溫度/成分的變化曲線</p><p>　　液相投影計算使用了一個特殊的坐標系－液相等溫截面。</p><p>　　Pandat 計算菜單如下顯示：</p><p>　　

109、同時也顯示在工具欄中。</p><p>　　Pandat軟件基于體系中各個相的吉布斯自由能函數(shù)模型進行熱力學計算。Pandat中常用的自由能公式有：</p><p>　　對于穩(wěn)定相選取的吉布斯自由能公式為：</p><p><b>　　(3.1)</b></p><p>　　化合物的吉布斯自由能表達式為：</p&g

110、t;<p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　無序溶液相的吉布斯自由能表達式為：</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　理想氣體的吉布斯自由能表達式為：</p><p><b>　　(3.4)</b></p&g

111、t;<p>　　復(fù)合能量形式的有序金屬間相的吉布斯自由能表達式為：</p><p><b>　　(3.5)</b></p><p>　　數(shù)據(jù)優(yōu)化時常用的方法為最小二乘法：</p><p><b>　?。?.6）</b></p><p><b>　　3.2.3 選項</

112、b></p><p>　　Pandat除了可生成相圖外，還可以以表格的形式為用戶提供各種熱力學參數(shù)，我們可以利用這些數(shù)據(jù)來繪制其他的計算圖表。</p><p>　　設(shè)置計算條件，使用“ Calculation→Options”這樣的命令可以設(shè)置計算的條件如掃描線、單位、PanEngine 參數(shù)等。</p><p>　　掃描線: 掃描線是規(guī)定搜索相的邊界。如果有

113、相邊界缺失的情況需要設(shè)置，如果沒有那么就不需要進行設(shè)置，按照原來的就可以。</p><p>　　PanEngine 參數(shù): 可以選擇計算的精度和速度。默認級別是Level 1。Level 1 速度較快但不精確，Level 2慢但是精確。</p><p><b>　　4 實驗驗證</b></p><p><b>　　4.1 設(shè)計實驗