计算热力学：相图计算法

相图广泛应用于材料研究及材料工程,用以了解材料的组成,微结构和工艺条件之间的关系。但是实验确定的相图通常仅仅适用于二组分体系和某些三组分体系,对更多组分的体系应用很少。在复杂系统中,相图计算法（Calphad）常被用作对各相的热力学性质进行建模及模拟多组分体系的相行为。相图计算法基于这样一个事实：即相图代表一个体系的热力学性质。如果知道体系的热力学性质就能够计算出多组分体系的相图。     

有中间相存在的微乳状液相图

本文用只改变一个变量的方法制备了一系列有中间相存在的相图。这些变量包括含盐量、醇浓度、醇的烷基碳数、活性剂中烷基碳数、活性剂浓度、油水相体积比、烷烃碳数和温度等。随变量数值的增加,这一系列相图的相区变化可分为两种类型,即γ→β→α型和α→β→γ型。相图相区变化类型是由各变量对活性剂的亲水亲油平衡和油水相的极性影响所决定的。利用相图可以决定原油的等效烷烃碳数(EACN)和选用适当的活性剂,用于微乳状液驱油。     

二元合金相图快速分析的几点思考

以V-Zr二元合金相图为例,从相图的相区指认、步冷曲线绘制以及相平衡时各相的数量确定3个方面,对如何分析相图作简要的论述,以帮助相图初学者快速准确地分析相图。     

一种直接计算恒压相图中垂直截面相图的方法

本文根据有关相图中紧邻相区及其边界关系的理论[1-3],提出了一种直接计算垂直截面图的方法。这一方法从相图上的点和线都是两个或两个以上的紧邻相区的边界出发来考虑问题,特别强调相边界与体系边界的区别与联系。这样不仅能计算出垂直截面,而且明确地指出了图上各点和线的物理意义。     

油酸/EL-60/水体系的相行为研究

绘制了油酸/EL-60/水体系的拟三元相图,用电导法对体系相行为的转变作了详细研究.比较了不同类型的短链醇及其不同含量对微乳体系相行为的影响.结果表明:油酸/EL-60/水体系的拟三元相图包括微乳区、乳液区和液晶与微乳的混合区等区域,且微乳区较小;用电导率法推断体系结构的变化与从绘制相图得出的结果基本符合;当选用异丙醇作为助表面活性剂且当EL-60和异丙醇的质量比为6:4时,能得到较大的微乳区.     

铁-渗碳体合金相图中杠杆法则的应用与实践

二元合金相图中,当处于平衡冷却条件下时,在两相区可以应用杠杆法则直接求出两相的相对质量百分数;在一定的条件下,利用杠杆法则也可以估算合金中各组织组成物的质量分数。在实际利用铁-渗碳体合金相图的过程中,最重要的是必须遵循杠杆法则的基本规律,明了基本概念,掌握钢中各种组织的形成机制;如此,才能正确、灵活地使用好杠杆法则,才能抓住教学的重点。     

δ′相(Al3Li) 早期沉淀过程的计算机模拟

通过计算二元铝锂合金中锂原子的占位几率,得出δ′相(Al3Li) 早期沉淀的长程序参数和成分偏离序参数,并对原子有序化和成分相分离过程进行了研究.结果表明:当合金在相图上处在失稳区时,有序化过程首先完成,而后进行成分相分离,即先发生等成分有序化,后进行失稳分解;在失稳区同一温度下,随浓度减小,有序化和成分相分离的孕育期变长.当合金位置处于亚稳区时,合金有序化与成分相分离耦合两过程同时进行.研究还发现:随合金在相图上的位置由失稳区向亚稳区过渡,有序化速度变慢.     

对于二组分体系中形成固液同成分熔点化合物的相图的分析

二组分形成同成分熔点化合物的相图是物理化学中的基本相图之一。但对此相图在同成分化合物熔点处液相线的形状却是有争议的。F.丹尼尔斯等人认为:相图应如图1(1)即就是在化合物 AmBn 熔点 C 点附近的液栩线应该是平滑的曲线,且该曲线在 C 点处液相线的切线(图1中虚线)的斜率为零。C 点为液相线的最高点,是化合物 AmBn 的熔     

相图的简明读法

相图,是表达平衡体系中物相与温度、压力和体系组成等变化关系的图形.它源于实践,可作为人们研究物质分离和提纯时的依据.在物理化学的理论教学中,对于相平衡问题的讨论也要对有关相图进行分析.由此可见,学习相图是十分重要的. 要很好地运用相图,必须学会正确地识图.不少初学者对此常常感到困难,总希望有一个简明的读图规则以助理解和记忆.为此,本文对常见的一、二、三组分相图的读法概括出几条基本经验,以供阅图时参考.     

关于相图的复盖原理

物质的基本存在形态是单相态,各单相态可以看作是决定物质相态各条件的函数。由相函数的几何表象得出:热力学相平衡图实质上是相函数的投影图。利用“复盖原理”对单相区、复相区和相不定区的形成及判读作了分析。试图通过回答“什么是相图”这一基本问题,来建立简明统一的相图理论。     

生物柴油/柴油乙醇水微乳体系相行为分析

采用化学滴定方法研究了生物柴油/柴油乙醇水微乳体系的相行为;分析比较了生物柴油/柴油混合比改变对其相行为的影响。结果表明:在不添加任何乳化剂的条件下,稳态相图中存在一个各向同性的单相区,单相区内混合液为稳定、透明的生物柴油/柴油乙醇水微乳化油,表明生物柴油可作为有效的表面活性剂;单相区的面积大小与体系中各组分的含量有关。当乙醇含量及生物柴油与柴油的混合比增加时,单相区变宽;在乙醇含量一定时,形成稳定单相微乳化油的最大掺水量随体系中生物柴油的含量增加而增加。最后得到了不同乙醇含量及不同生物柴油与柴油混合比条件下形成生物柴油/柴油乙醇水微乳化油的最大掺水量。     

相图计算中杠杆规则运用值得注意的两个问题

通过对两个例题的错误解答进行分析,提出了相平衡体系中运用杠杆规则值得注意的两个问题.一是两相体系中的液相饱和只是单一组份饱和,即体系对其中一个组份饱和时,对另一组分未必饱和;二是当体系中出现化合物时,若以物质的量表示体系组成,则会因为为计算基准发生变化,杠杆规则的表达形式必须作一定的修正.论文给出了修正后的杠杆规则计算式.     

两相区中生长单晶的分凝问题

讨论了二元系一般相图形态下,两相区生长单晶时的组分分布,富集层的影响,不产生组分过冷的条件,推导了求解组分分布,结晶温度变化的公式。讨论了三元固溶体系单晶组分的确定方法,推导了一些条件下晶相组分分布的公式。指出了三元系在单晶生长问题中应用时可以用膺二元系来简化的条件。     

采用计算相图构建的Ge-Pd体系热力学模型

针对Ge-Pd体系实验测定的相图难以外推到多元体系的问题,提出采用计算相图(Calphad)技术构建Ge-Pd体系的热力学模型。Ge-Pd体系中不同类别的相采用不同的热力学模型描述,其中纯组元Ge对Pd几乎不存在固溶度,可直接采用欧洲热力学研究组发布的热力学模型;液相和端际固溶体(Pd)采用溶体模型描述;化学计量比化合物GePd、GePd_2和Ge_8Pd_(21)采用线性化合物模型描述;非化学计量比化合物Ge_9Pd_(25)、GePd_3、α-GePd_5和β-GePd_5采用亚点阵模型描述其成分区间。对于各相的热力学模型参数,利用已有的液相混合焓、液相混合熵、不变反应的温度和成分等实验数据进行优化,获得了Ge-Pd体系中一套自洽的热力学模型。采用该热力学模型的计算结果与大部分实验数据相吻合,可外推至多元体系,从而可为Ge基多元体系的热力学数据库构建、材料成分设计和制备工艺优化提供依据。     

Al-Fe-Sn三元系合金相图

本文用x射线衍射分析法,电子探针显微分析法,研究和测定了Al-Fe-Sn三元系合金相图的室温截面。此截面包含有10个单相区,17个两相区和8个三相区。β、γ两个单相没有可查觉的固溶度,截面中没有出现新相。     

异丙醇-氨水介质中硫酸钙制取硫酸钾相图研究

文章对25℃异丙醇-氨水为介质硫酸钙制取硫酸钾相图进行了研究,采用单变线法配样,选择电导率作为测量对象判断体系状态。结果表明,该体系含有硫酸钙、氯化钾、硫酸钾和钾石膏4个结晶区;和氨水体系相图比较,其结晶区相同,但硫酸钾结晶区远大于钾石膏区,表明加入异丙醇可抑制钾石膏生成,有助于硫酸钾结晶析出和改善操作条件。     

注气混相驱完整p-X相图模拟计算研究

为了对状态方程的适应性进行评价,以获得油气体系在临界区和两相区的相态特性。通过对油气烃类体系相平衡热力学理论模型的分析,建立了以摩尔质量等比关系和以体积等比关系为基础的注气过程油气烃类体系完整p—X(压力—组成)相图的模拟计算方法,并结合实验数据可以模拟计算出不同注入溶剂(富气、干气、N₂、CO₂)的注气过程烃类体系完整p—X相图。计算结果表明,所建立的方法可靠,能很好地描述烃类体系的相态特征。这对于进一步运用相图确定原油与注入溶剂形成混相的条件及混相机理具有重要的应用意义。     

用DSC研究二元体系硝酸钠——亚硝酸钠的相图

<正> 文献曾报导了硝酸钠——硝酸钾,硝酸钠——硝酸钙等二元体系的相图,但对硝酸钠——亚硝酸納二元体系的相图没有报导。本文用差示扫描量热法(DSC)研究了硝酸钠——亚硝酸钠二元体系的相图,发现其低共熔混合物在223℃时发生同分共熔,其熔化热为182J·g~(-1)。从相变温度和贮热容量考查,该低共熔混合物可以作为工业余热回收及太阳能潜热贮能的材料。     

符号函数矩了判别法在水盐相图计算机成图中的应用——Ⅱ.复杂三元水盐体系的W1—W2和m1—m2及X1—X2相图

作者以复杂的三元体系Li^ ,K^ //SO4^2--H2O在298.15K和101kPa时的W1－W2，m1-m2和X1－X2相图为例，用符号函数矩阵判别法（SFM法），对相图中各曲线的稳定区间及无变度点的稳定性进行了判别，所得结果均与实验事实相的吻合，从而解决了此类相图的预测和计算机成图过程中的相关问题。     

基于Thermo--Calc的中锰中铝Fe--Mn--Al--C低密度钢类Schaeffler相图绘制与评估

含铝低密度钢由于其较好的综合力学性能和低密度特征引起结构钢领域研究人员的广泛关注。本文利用Thermo-Calc热力学计算软件结合TCFE 7数据库，计算中锰中铝含量Fe-Mn-Al-C钢在不同温度的热力学平衡状态，总结其两相区相比例的变化规律，通过平移和修正等处理方法，绘制针对中锰中铝钢合金成分和相设计的类Schaeffler相图。结合马氏体转变温度的计算讨论对应不同合金成分条件下相种类存在可能，并通过已有材料的相比例和相形貌实验结果分析绘制的类Schaeffler相图的准确性和适用性。绘制的Fe-Mn-Al-C类Schaeffler相图可以直观地提供不同合金成分所对应的相比例、相种类等信息，可用于新型含铝低密度钢的合金设计。