W–Ti–C–Co жүйесі үшін эллингемнің фазалық тұрақтылық диаграммасы мен фазалық басымдық диаграммасын құру және термодинамикалық есептеулер
##plugins.pubIds.doi.readerDisplayName##:
https://doi.org/10.51301/ejsu.2025.i4.01Ключевые слова:
термодинамикалық модельдеу, фазалық диаграмма, Эллингем диаграммасы, отқа төзімді материалдар, фаза тұрақтылығы, көлемдік серпімділік модулі, ығысу модуліАннотация
Осы зерттеуде W–Ti–C–Co жүйесіндегі фазалық тепе-теңдік пен қосылыстардың тұрақтылығына термодинамикалық талдау жасалды. Зерттеу ab initio модельдеу, Materials Project дерекқоры және HSC Chemistry 6 бағдарламалық пакеті негізінде жүргізілді. Негізгі мақсат - кобальт пен титан легирлеуші элементтер ретінде қолданылатын отқа төзімді металлдар мен көміртекке негізделген композициялық материалдарда түзілуі мүмкін тұрақты және метастабильді фазаларды анықтау. Есептеулер нәтижесінде жүйеге тән фазалардың тізімі, төрт компонентті және үш компонентті фазалық диаграммалар (Ti–W–C, Co–Ti–C, Co–W–C), Эллингем типті тұрақтылық диаграммалары мен фазалық өзара әрекеттесу карталары жасалды. Фазалардың механикалық қасиеттері көлемдік және ығысу модульдері арқылы бағаланды: ең қаттысы – вольфрам карбиді (WC), ал ең иілгіш қосылыс – TiCo интерметаллиді. Зерттеу барысында W–Co және W–Ti құрамды үштік карбидтердің түзілу ықтималдығы жоғары екені анықталды, бұл материал қасиеттеріне айтарлықтай әсер етеді. Барлығы 14 ықтимал фазалық өзара әрекеттесу реакциясы анықталды, олардың ішінде әртүрлі интерметалдық және карбидтік қосылыстар бар. Эллингем диаграммасына сәйкес, Co2C ~400°C жоғары температурада термиялық тұрақсыз, ал Co7W6 барлық температурада термодинамикалық тұрғыдан тұрақсыз. WC ~1400°C дейін тұрақты болып қала береді, одан жоғары температурада W2C басым фазада болады. Бұл нәтижелер металл-көміртек көпкомпонентті жүйелеріндегі фазатүзілуді терең түсінуге және жылу тұрақтылығы мен механикалық қасиеттері жоғары жаңа материалдарды жобалауға негіз болады.
Библиографические ссылки
Fal'kovskii, V.A., & Kliachko, LI. (2005). Hard alloys. Mos-cow: Ruda i metally.
Andrievskii, R.A., & Ragulia, A.V. (2005). Nanostructured materials. Moscow: Akademiia.
Pugh, S.F. (1954). XCII. Relations between the elastic moduli and the plastic properties of polycrystalline pure metals. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 45(367), 823-843. https://doi.org/10.1080/14786440808520496
Hautier, G., Fischer, C.C., Jain, A., Mueller, T. & Ceder, G. (2010). Finding nature’s missing ternary oxide compounds us-ing machine learning and density functional theory. Chemistry of Materials, 22(12), 3762-3767. https://doi.org/10.1021/cm100795d
Ong, S.P., Jain, A., Hautier, G., Kang, B. & Ceder, G. (2010). Thermal stabilities of delithiated olivine MPO4 (M = Fe, Mn) cathodes investigated using first principles calculations. Electro-chemistry Communications, 12(3), 427-430. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2010.01.010
Ong, S.P., Cholia, S., Jain, A., Brafman, M., Gunter, D., Ceder, G. & Persson, K.A. (2015). The Materials Application Pro-gramming Interface (API): A simple, flexible and efficient API for materials data based on Representational State Transfer (REST) principles. Computational Materials Science, 97, 209-215. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2014.10.037
Ångqvist, M.A., Rahm, J.M., Gharaee, L., &Erhart, P. (2019). Phase diagram of the Ti–W system from first-principles. arXiv preprint. arXiv:1904.04814. https://arxiv.org/abs/1904.04814
Shi, Y., Guo, C., Li, C., Du, Z., & Hu, D. (2022). Experimental investigation of isothermal sections in the Co–Ti–W system. Frontiers in Materials, 9, 880143. https://doi.org/10.3389/fmats.2022.880143
Bartel, C.J., Millican, S.L., Deml, A.M., Rumptz, J. R., Tumas, W., Weimer, A.W., & Holder, A.M (2018). Physical descriptor for the Gibbs energy of inorganic crystalline solids and tempera-ture-dependent materials chemistry. Nature Communications, 9, 4168. https://doi.org/10.1038/s41467-018-06682-4
Jain, A., Hautier, G., Ong, S. P., Moore, C., Fischer, C.C., Persson, K.A. & Ceder, G. (2011). Formation enthalpies by mixing GGA and GGA+U calculations. Physical Review B, 84(4), 045115. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.045115
Ong, S.P., Wang, L., Kang, B. & Ceder, G. (2008). The Li–Fe–P–O2 phase diagram from first principles calculations. Chemis-try of Materials, 20(5), 1798-1807. https://doi.org/10.1021/cm702327g
Richards, W.D., Miara, L.J., Wang, Y., Kim, J.C. & Ceder, G. (2016). Interface stability in solid-state batteries. Chemistry of Materials, 28(1), 266-273. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.5b04082
Belsky, A., Hellenbrandt, M., Karen, V.L. & Luksch, P. (2002). New developments in the Inorganic Crystal Structure Database (ICSD): Accessibility in support of materials research and de-sign. Acta Crystallographica Section B: Structural Science, 58(3), 364–369. https://doi.org/10.1107/S0108768102006948
Folch, R., Plapp, M. (2005). Quantitative phase-field modeling of two-phase growth. Physical Review E, 72(1), 011602. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.72.011602
De Jong, M., Chen, W., Notestine, R., Persson, K., Ceder, G., Jain, A., Asta, M. & Gamst, A. (2016). A statistical learning framework for materials science: Application to elastic moduli of k-nary inorganic polycrystalline compounds. Scientific Reports, 6, 34256. https://doi.org/10.1038/srep34256
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 Engineering Journal of Satbayev University
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
<div class="pkpfooter-son">
<a rel="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/"><img alt="Creative Commons License" style="border-width:0" src="https://i.creativecommons.org/l/by-nc/4.0/80x15.png"></a><br>This work is licensed under a <a rel="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/">Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License</a>.
</div>
