مواد پیشرفته در مهندسی

مواد پیشرفته در مهندسی

تحلیل ترمودینامیکی انحلال در آلیاژهای برپایه تیتانیم بر مبنای مدل میدما

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
مسعود حسینی بالام
مجید طاووسی
غلامرضا گردانی
مجتمع دانشگاهی علم مواد و مواد پیشرفته، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، ایران
چکیده
مقدمه و اهداف: هدف از این تحقیق، پیاده‌سازی مدل میدما در تحلیل ترمودینامیکی انحلال در آلیاژهای برپایه تیتانیم می‌باشد.
مواد و روش‌ها: در این رابطه، مؤلفه‌های مختلف آنتالپی انحلال شامل آنتالپی شیمیایی، آنتالپی الاستیک و آنتالپی ساختاری بر مبنای مدل میدما در کنار مؤلفه‌ مربوط به انتروپی وضعیتی در مورد چندین آلیاژ دوجزئی تیتانیم- عناصر انتقالی مورد بررسی واقع شد و مشخصه‌ Ω که یک مؤلفه‌ متشکل از آنتالپی انحلال، انتروپی وضعیتی و دمای ذوب میانگین می‌باشد، معرفی شد.
یافته‌ها: نتایج حاصل نشان داد که استفاده از تحلیل‌های ترمودینامیکی با تکیه بر مشخصه‌ Ω به‌خوبی قادر به پیش‌بینی محدوده‌ انحلال‌پذیری در آلیاژهای بر پایه تیتانیم شامل عناصر انتقالی می‌باشد. مشخص شد که انحلال در آلیاژهای برپایه‌ تیتانیم وقتی اتفاق می‌افتد که 1≥Ω باشد.
نتیجه‌گیری: درنهایت نیز مؤلفه پیشنهادی در مورد آلیاژهای سه‌جزئی Ti-Zr-Cu با مقادیر مختلف Ω پیاده‌سازی شد و نتایج حاصل با نتایج حاصل از آزمون‌های واقعی در محیط آزمایشگاه، راستی‌آزمایی گردید. مشخص شد که مقدار مؤلفه 1≥Ω به‌خوبی قادر به پیش‌بینی رفتار انحلال در آلیاژ مورد مطالعه است.
کلیدواژه‌ها
مدل میدما
آنتالپی
انتروپی
آلیاژهای پایه تیتانیم
موضوعات

عنوان مقاله English

Thermodynamic Analysis of Dissolution in Titanium Alloys Based on the Miedema Model

نویسندگان English

Massoud Hossaini Balam
Majid Tavoosi
Golam Reza Gordani
Material Science and Advanced Material Department, Malek-Ashtar University of Technology, Iran
چکیده English

Introduction and Objectives: The aim of this research is to implement the Miedema model in the thermodynamic analysis of dissolution in titanium-based alloys.
Materials and Methods: In this regard, various components of the enthalpy of dissolution, including chemical enthalpy, elastic enthalpy, and structural enthalpy, along with the component related to the entropy of the state, were investigated for several binary titanium-transition elements alloys, and the Ω characteristic, which is a component consisting of the enthalpy of dissolution, entropy of the state, and average melting temperature, was introduced.
Results: The results showed that the use of thermodynamic analyses relying on the Ω characteristic is well able to predict the solubility range in titanium-based alloys containing transition elements. It was found that the solubility range in titanium-based alloys occurs when the component Ω≤1.
Conclusion: Finally, the proposed component was implemented for the ternary Ti-Zr-Cu alloys. It was found that the component with Ω≤1 is capable of well predicting the dissolution behavior in the studied alloy.

کلیدواژه‌ها English

Miedema model
Enthalpy
Entropy
Ti- based alloys
1.     Bai L, Ding Z, Zhang H, Cui C. Glass-forming ability and corrosion behavior of Ti-based amorphous Alloy Ti-Zr-Si-Fe. Materials 2022;15: 7229. https://doi.org/10.3390/ma15207229
2.    Jin ZS, Yang YJ, Zhang ZP, Ma XZ, Lv JW, Wang FL, et al. Effect of Hf substitution Cu on glass-forming ability, mechanical properties and corrosion resistance of Ni-free Zr-Ti-Cu-Al bulk metallic glasses. J Alloy Compd. 2019;806:668-675. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.07.240
3.     Shan F, Sun T, Song W, Peng C, Sun H, Gong J, et al. A bridge from metallic glasses to medium-entropy alloys in Ti-Cu-Zr-Pd-Co system: Design, microstructure, and deformation-induced-martensitic transformation. J Non-Cryst Solid. 2022;587:121608. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2022.121608
4.  Lee SY, Lee HJ, Baek JH, Park SS, Lee JG. Microstructural and corrosion properties of Ti-to-Zr dissimilar alloy joints brazed with a Zr-Ti-Cu-Ni amorphous filler alloy. Metals 2021;11:192. https://doi.org/10.3390/met11020192
5.    Yue X, Hu R, Qi J, He Y, Meng Q, Wei F, et al. Fabrication and degradation properties of nanoporous copper with tunable pores by dealloying amorphous Ti-Cu alloys with minor co addition. J Mater Eng Perform. 2021;30:1759-1767.
https://doi.org/10.1007/s11665-021-05491-z
6.    Malykhin SV, Kondratenko VV, Kopylets IA, Tolmachova GN, Surovitsky SV, et al. Structure and mechanical properties of quasicrystalline and 2/1 approximant phases in Ti-Zr-Ni coatings. Mater Chem Phys. 2024;316:129073.
https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2024.129073
7.    Chen C, Zhao R, Inoue A,  Yin B, Kong F, Zhang F, et al. Formation ability, phase decomposition and mechanical properties of Ti39Zr39Ni20Ag2 and Ti39Zr39Ni20Cu2 bulk icosahedral quasicrystalline alloys. J All Comp. 2025;1010:177357. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.177357
8.     Malykhin SV,  Minenkov AA,  Kopylets IA, Kondratenko VV, Khadzhay Y, Vovk RV, et al. Structure and electrical conductivity of Ti-Zr-Ni films of quasicrystalline and related crystalline phases. J All Comp. 2023;965:171386. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.171386
9.     Lee SH, Kim J. Structure and hydrogen absorption properties of Ti53Zr27Ni20 (Pd,V) quasicrystals. Int J Hyd Ener. 2018;43:19130-19140.
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.08.141
10. Molokanov V, Chebotnikov V. Quasicrystals and amorphous alloys in Ti-Zr-Ni system: Glass forming ability, structure and properties. J Non-Cryst Solids 1990,117:789-792. https://doi.org/10.1016/0022-3093(90)90646-4
11. Kim W, Gibbons P, Kelton K. A new 1/1 crystal approximant to the stable Ti-Zr-Ni icosahedral quasicrystal. Philos Mag Lett. 1997;76:199-206. https://doi.org/10.1080/095008397179165
12. Malykhin SV, Kondratenko VV, Zubarev EN, Kopylets IA,  Konotopsky IE, Fedchenko AV, et al. X-ray diffraction study of substructure and phase transformation in quasicrystals of Ti-Zr-Ni system. Mater Chem Phys. 2025;344:131174.
https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2025.131174
13. Sitnikov NN, Greshnyakova SV, Zaletova IA, Shelyakov AV. Features of the formation of the crystalline phase in rapidly quenched amorphous crystalline ribbons of Ti50Ni25Cu25 alloy depending on energy input during electropulse treatment. Phys Atom Nuclei. 2025;24:11852.
https://doi.org/10.1134/S1063778825090698
14. Chou KC. A general solution model for predicting ternary thermodynamic properties. Calphad 1995;5: 19-24. https://doi.org/10.1016/0364-5916(95)00029-E
15. Luo Q, Zhai C, Sun DK, Chen W, Li Q. Interpolation and extrapolation with the CALPHAD method. J Mater Sci Technol. 2019;35:2115-2120. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2019.05.016
16. Miedema AR. Theory of alloy phase formation. Metallurgical Society of AIME. New York; 1980.
17. Zhang RF, Zhang SH, He ZJ, Jing J, Sheng SH. Miedema calculator: a thermodynamic platform for predicting formation enthalpies of alloys within framework of Miedema’s theory. Comput Phys Commun. 2016;209:58-69.
https://doi.org/10.1016/j.cpc.2016.08.013
18. Luo Q, Li Q, Zhang JY, Chou KC. Comparison of Muggianu model, Toop model and General solution model for predicting the thermodynamic properties of Mg-Al-Zn system. Calphad 2015;51:366-371. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2015.01.073
19. Huang W, Yan H. Calculation of thermodynamic parameters of Mg-Al-Y alloy. J Wuhan Univ Technol-Mat Sci Edit.  2014;29:374-378. https://doi.org/10.1007/s11595-014-0924-5
20. Zhong X, Du Y, Jin Z, He Y, Yuan Z. Show more formation enthalpies of Fe-Al-RE ternary alloys calculated with a geometric model and Miedema's theory. J All Comp. 2006;416:148-154.
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2005.08.055
21. Boom R, Boer FR. Enthalpy of formation of binary solid and liquid Mg alloys -comparison of Miedema-mode calculations with data reported in literature. Calphad 2020;68:101647.
22. Gilev IO, Shubin AB, Kotenkov PV. Thermodynamic properties of binary Al–Y melts. Russ Metall. 2022;36:115-121.
https://doi.org/10.1134/S0036029522020069
23. Lin S, Nie Z, Huang H, Zhan C, Xing Z, Wang W. Thermodynamic calculation of Er-X and Al-Er-X compounds existing in Al-Mg-Mn-Zr-Er alloy. Trans Non-ferr Met Soc Chin.  2010;20:682-687. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(09)60198-9
24. Pelton AD. Phase diagrams and thermodynamic modeling of solutions. Elsevier: 2019.
25. Murty BS, Yeh JW, Ranganathan S, Bhattacharjee PP. High-entropy alloys. Elsevier: 2019.
26. Tang M, Zhao D, Pan M, Wang W. Binary Cu–Zr bulk metallic glasses. Chinese Phys Lett. 2004;21: 901-904. https://doi.org/10.1088/0256-307X/21/5/039
27. Hermana GN, Hsiao HM, Kuo PC, Liaw PK, Li YC, Iikubo S, et al. Phase equilibria of the Cu-Zr-Ti ternary system at 703 °C and the thermodynamic assessment and metallic glass region prediction of the Cu-Zr-Ti ternary system. J Non-Cryst Solid. 2021; 221:120387. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2020.120387
 
 
مواد پیشرفته در مهندسی

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 27 اردیبهشت 1405

تحت نظارت وف بومی