改进的M-MIVM在镍基固态合金中的应用

合金的热力学性质在材料科学和工程中起着重要的作用。对于复杂体系,利用灵活可靠的热力学模型进行理论计算具有重要价值和科学意义。改进的M-MIVM能够同时表达分子构型的微观状态数(熵)和分子相互作用(焓)对过量吉布斯自由能的贡献,具有坚实的物理基础,可预测实际固溶体的热力学性质。该模型的一个显著优点在于仅利用二元无限稀活度系数或二元活度数据就可以描述和预测多元固溶体的热力学性质。利用改进的M-MIVM对Au-Ni、Co-Ni、Cr-Ni、Cu-Ni、Fe-Ni、Ni-Pd、Ni-Pt、Ni-V、Co-Fe、Cr-Fe、Co-Fe-Ni、Cr-Fe-Ni、C-Co-Fe-Ni系等固溶体合金的活度进行了预测。结果表明,除Cr-Ni、Ni-V两个二元非连续固溶体外,其余体系的活度模型预测值与实验数据吻合较好,13个体系总的相对平均偏差仅为4.75%,且预测效果优于MIVM,能够满足工程计算要求。改进的M-MIVM在镍基固态合金应用中具有一定的准确性、稳定性和适用性,可为镍基合金设计提供较为可靠的热力学数据。

改进的分子相互作用体积模型(M-MIVM)在部分铜和铟液态合金中的应用

将改进的分子相互作用体积模型(M-MIVM)与Wilson、NRTL(Non-Random-Two-Liquid)和分子相互作用体积模型(MIVM)在部分铜、铟液态合金中进行比较.M-MIVM在不对称二元系中表现出较强的拟合能力,在8个不对称二元系中,四个模型拟合效果顺序为:M-MIVM(0.008 9)>NRTL(0.024 6)>Wilson(0.024 7)>MIVM(0.037 7).在9个多元系预测中,Wilson、NRTL和MIVM表现出比较明显的误差抵消的情况,而M-MIVM对于各类不同二元系都具有良好的拟合效果,所以在预测多元系时误差抵消的出现可能性要比其他模型小得多,这使得M-MIVM的预测结果更具可靠性,展现出良好的稳定性.最后通过M-MIVM预测了Ag-Cu-In-Sn各组分在三个温度下的活度.

应用M-MIVM预测含钛渣系组元活度

在钢铁冶炼过程中,随着护炉钛材料和含钛铁矿石的应用,大量的含钛炉渣被生产出来。由于缺少多元含钛渣系的热力学数据,限制了钛资源综合利用技术的深入发展。因此,应用改进的分子相互作用体积模型(M-MIVM(FII)),预测了基础渣系Al2O3-CaO-SiO2、FeO-MnO-SiO2和含钛渣系FeO-MnO-TiO2、FeO-SiO2-TiO2、MnO-SiO2-TiO2、Al2O3-CaO-FeO-TiO2中各组元活度,并与试验值比较。结果表明,M-MIVM(FII)的预测值与试验值符合较好,6个体系总的平均相对误差为11%,该精度处于Turkdogan提出的30%以内的试验误差范围;M-MIVM(FII)在参数拟合与活度预测能力方面均优于MIVM,该模型对多元含钛熔渣体系组元活度具有更好的预测效果。在此基础上,应用M-MIVM(FII)预测Al2O3-CaO-SiO2-TiO2熔体中TiO2活度,并分析其影响因素。结果表明,TiO2活度预测值与试验值吻合良好,且随炉渣碱度、Al2O3含量的增加而降低,该规律与试验规律相一致。M-MIVM(FII)仅通过拟合子二元系活度或者直接由无限稀活度系数就能够预测多元熔体的热力学性质。

改进的MIVM在Cd-Cu-Zn合金的活度计算和气液平衡研究

在湿法炼锌的冶炼过程中,通过锌粉置换硫酸锌溶液中的铜和镉,采用真空蒸馏技术综合回收利用高镉渣是一项重要的工艺。本文采用改进的分子相互作用体积模型(M-MIVM)对Cd-Cu-Zn合金的活度进行了预测,并以此为基础,预测了Cd-Cu-Zn合金在真空蒸馏过程中的气液平衡。结果表明,在二元合金中的活度实验值与模型计算值比较中,M-MIVM的总平均标准偏差0.0037,相较于传统的局部组成模型有更好的精确度和稳定性。本文研究可为高纯镉的生产以及粗镉的综合回收利用提供较为准确的基础热力学数据;同时,也为预测真空蒸馏的气液相平衡计算提供理论基础。

CoCrFeNiMn系高熵合金热力学研究

热力学性质在高熵合金设计中起着重要作用,利用可靠的热力学模型进行理论计算来获取合金关键热力学数据已成为一种重要而有效的途径。利用现有二元热力学数据和改进的分子相互作用模型(M-MIVM)对CoCrFeNiMn系高熵合金固溶体的混合吉布斯自由能、混合焓、混合熵、过量吉布斯自由能、过量熵进行预测,同时考虑原子尺寸差异,从热力学角度评估该高熵合金形成的可能性、相稳定性和结构稳定成分。研究结果表明:CoCrFeNiMn体系满足高熵合金的热力学判据,易于形成五元高熵合金;在低Fe、高Ni和高Mn的条件下,该合金体系的混合自由能更负,结构越稳定,Co_(0.15)Cr_(0.15)Fe_(0.1)Ni_(0.3)Mn_(0.3)是一个较优的合金成分设计方案;在高温条件下,该合金体系的混合自由能显著下降,合金稳定性增强。研究可为CoCrFeNiMn系高熵合金设计提供较为可靠的热力学数据和理论指导。

改进的MIVM在含磷二元熔渣中的应用

由于含有P_(2)O_(5)的二元炉渣体系结构复杂,具有负偏差强和不对称性高的特点,故现有热力学模型对其组元活度曲线的拟合效果较差。采用改进的分子相互作用体积模型(M-MIVM)对22个常规二元熔渣拟合,总平均相对误差为11.53%。在对5个二元含磷熔渣体系P2O5活度进行数据拟合时,M-MIVM相对于实验值的平均相对误差为8.83%,与MIVM伪多元法(54.88%)、正规溶液模型(68.36%)、亚正规溶液模型(23.77%)及改进的准正规溶液模型(23.95%)相比,M-MIVM显著提高。因此,M-MIVM可为炼钢脱磷过程提供更为准确的二元熔渣热力学数据;同时,也为该模型更准确预测多元复杂熔渣体系热力学数据提供基础。