合金中的條幅分解

1、 調(diào)幅分解熱力學(xué)與動力學(xué) 2021-8-9 目錄 1.調(diào)幅分解介紹 2.1二元系的調(diào) 幅分解 2.調(diào)幅分解產(chǎn)生的 條件 2.2三元系的調(diào)幅 分解 按照Gibbs的觀點(diǎn)，合金中的相變可分兩種方式進(jìn)行：第一類是程度大（濃度、結(jié)構(gòu) 等于母相的差異），范圍小的漲落，通過形核-長大機(jī)制形成新相；第二類是通過程度 小，范圍廣的漲落，連續(xù)地形成新相，是一種連續(xù)型相變。比如調(diào)幅分解（spinodal decomposition）和連續(xù)有序化。spinodal分解的特點(diǎn)是可由母相通過濃度起伏連續(xù)長大 形成新相,不需形核過程,脫溶分解后在整個晶粒范圍內(nèi)形成微細(xì)的成分呈周期變化的顯 微組織，即調(diào)幅組織（modula

2、ted structure）。這一成分不同的兩相保持共格而產(chǎn)生的 彈性應(yīng)變場能強(qiáng)烈阻止位錯移動,從而產(chǎn)生強(qiáng)化效果,稱為Spinodal強(qiáng)化。 1.調(diào)幅分解介紹 2.調(diào)幅分解產(chǎn)生的條件 按照二元系自由能-成分圖，如圖1，我們可以看到，對于亞穩(wěn)相分解，成分為C0 的合 金，需要分解成為成分相差大的Ca和C0相才能夠使總的自由能下降，分解為成分相差 很小的相將使自由能上升；而對于不穩(wěn)定相的調(diào)幅分解，分解為成分任意相差很小的兩 相都能使總的自由能下降，由此自動地、連續(xù)地分解為成分為 Ca和C0的兩相。 由圖1（b）可以看到，調(diào)幅分解區(qū)域內(nèi)自由能-成分曲線 曲曲率為負(fù)值。只有在此區(qū)域內(nèi)能夠發(fā)生調(diào)幅分解。

3、 部分合金中形核-長大型亞穩(wěn)相分解與調(diào)幅分解并存，其 自由能-成分曲線中c與d點(diǎn) 因此調(diào)幅分解的 熱力學(xué)條件為： 2.1 二元系調(diào)幅分解熱力學(xué)條件二元系調(diào)幅分解熱力學(xué)條件 2.1 .1二元系調(diào)幅分解熱力學(xué)條件的推導(dǎo)二元系調(diào)幅分解熱力學(xué)條件的推導(dǎo) 公式（1）的推導(dǎo)過程如下：假設(shè)A-B二元合金濃度為C0的熔液中產(chǎn)生濃度為C的起伏 ， 其自由能改變對于B組元為 ，對于A組元為 ，因此體系總的自由能變化為： 或者 以 作泰勒級數(shù)展開，得到 式中 表示對 的一階導(dǎo)數(shù)， 為二階導(dǎo)數(shù)。將 式帶入 式得到： 由 式，忽略高次項(xiàng)，可以看到，在spinodal分解線以外的合金，自由能對成分的二 階導(dǎo)數(shù)為正，因此任

4、何小幅度成分漲落都造成自由能的增加，從而不能夠進(jìn)行分解；而 spinodal分解線以內(nèi)的合金，自由能對成分二階導(dǎo)為負(fù)，任何小幅度的成分漲落都使體 系的自由能下降，從而使母相失穩(wěn)分解。 二元系合金A-B中，由于母相失穩(wěn)分解，形成富B的相和貧B的相，兩相交替連接 產(chǎn)生且保持共格，形成的組織即調(diào)幅組織（modulated structure）。 2.1 .1二元系調(diào)幅分解熱力學(xué)條件的推導(dǎo)二元系調(diào)幅分解熱力學(xué)條件的推導(dǎo) 設(shè)體系為A-B-C三元合金，組元A、B、C的摩爾濃度分別為x、y和（1-x-y）。設(shè)合金在 分解前為均質(zhì)單一固溶體，成分為x0、y0，則當(dāng)存在無限小的起伏x=x-x0和y=y-y0時(shí)， 引起的自由能改變可以由各組元的化學(xué)位i表示： 其中 將（2）帶入（1）式得 其中 和 是自由能在（x0，y0）處的一階偏導(dǎo)，將自由能在 （x0 ，y0）處做泰勒級數(shù)展開，并忽略三階以上高階項(xiàng)得： 2.2三元系調(diào)幅分解熱力學(xué)條件的推導(dǎo)三元系調(diào)幅分解熱力學(xué)條件的推導(dǎo) 2.2三元系調(diào)幅分解熱力學(xué)條件的推導(dǎo)三元系調(diào)幅分解熱力學(xué)條件的推導(dǎo) 其中 和 為自由能對成分的二階偏導(dǎo)數(shù)。將（4）式代入 （3）式，得到