Luận án TS Vật lý: Tính chất nhiệt động hợp kim xen kẽ nhị, tam nguyên có khuyết tật - Lê Hồng Việt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 LÊ HỒNG VIỆT NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG CỦA HỢP KIM XEN KẼ NHỊ NGUYÊN VÀ TAM NGUYÊN CÓ KHUYẾT TẬT VỚI CÁC CẤU TRÚC LẬP PHƯƠNG TÂM DIỆN VÀ LẬP PHƯƠNG TÂM KHỐI DỰ THẢO LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ HÀ NỘI - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 LÊ HỒNG VIỆT NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG CỦA HỢP KIM XEN KẼ NHỊ NGUYÊN VÀ TAM NGUYÊN CÓ KHUYẾT TẬT VỚI CÁC CẤU TRÚC LẬP PHƯƠNG TÂM DIỆN VÀ LẬP PHƯƠNG TÂM KHỐI Chuyên ngành: Vật lí lý thuyết và Vật lí toán Mã số: 9 44 01 03 DỰ THẢO LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS Nguyễn Quang Học 2. TS Phạm Thị Minh Hạnh HÀ NỘI - 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án “Nghiên cứu tính chất nhiệt động của hợp kim xen kẽ nhị nguyên và tam nguyên có khuyết tật với các cấu trúc lập phương tâm diện và lập phương tâm khối” là công trình nghiên cứu riêng của tôi. Các số liệu trình bày trong luận án là trung thực, đã được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được công bố trong bất cứ công trình nào khác.

NGHIÊN CỨU SINH Lê Hồng Việt LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài “Nghiên cứu tính chất nhiệt động của hợp kim xen kẽ nhị nguyên và tam nguyên có khuyết tật với các cấu trúc lập phương tâm diện và lập phương tâm khối”, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, tạo điều kiện của tập thể lãnh đạo Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, Trường Sĩ quan Lục quân 1, các nhà khoa học, các bạn bè, đồng nghiệp… Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành về sự giúp đỡ đó. Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới PGS.TS Nguyễn Quang Học và TS Phạm Thị Minh Hạnh, các thầy cô đã luôn theo sát, tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện luận án. Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo, Khoa Vật lí Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất, hỗ trợ kinh phí và các thủ tục hành chính để tôi hoàn thành luận án này. Xin chân thành cảm ơn cán bộ, giảng viên công tác tại Bộ môn Vật lí lý thuyết, Khoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã hết lòng giúp đỡ, chia sẻ kiến thức và động viên tinh thần trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu.

Tôi xin cảm ơn lãnh đạo Trường Sĩ quan Lục quân 1, Khoa Khoa học Tự nhiên, Bộ môn Vật lí cùng toàn thể bạn bè, đồng nghiệp đang công tác tại Trường Sĩ quan Lục quân 1 đã nhiệt tình giúp đỡ và chia sẻ kinh nghiệm giúp tôi hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn nhóm nghiên cứu về Phương pháp thống kê mômen đã giúp đỡ, hỗ trợ tôi trong suốt thời gian tôi thực hiện đề tài nghiên cứu tại nhóm. Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp cơ sở đã nhận xét, đóng góp những ý kiến quý báu để hoàn thiện luận án. Cuối cùng, tôi xin dành tất cả sự yêu thương và lời cảm ơn tới gia đình, bố mẹ, các anh, chị em và người thân luôn là niềm động viên mạnh mẽ giúp tôi thực hiện luận án.

NGHIÊN CỨU SINH Lê Hồng Việt MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT. 1 DANH MỤC CÁC BẢNG. 2 DANH MỤC CÁC HÌNH. 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 9 1.

Hợp kim xen kẽ. Hợp kim xen kẽ nhị nguyên với cấu trúc lập phương. Hợp kim xen kẽ tam nguyên với cấu trúc lập phương. Một số phương pháp nghiên cứu tính chất nhiệt động của kim loại và hợp kim.

Phương pháp thống kê mômen. 26 Kết luận chương 1. 30 CHƯƠNG 2 TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG CỦA HỢP KIM XEN KẼ NHỊ NGUYÊN CÓ KHUYẾT TẬT VỚI CẤU TRÚC LẬP PHƯƠNG 31 2. Hợp kim xen kẽ nhị nguyên lí tưởng với cấu trúc lập phương.

Mô hình hợp kim. Năng lượng tự do Helmholtz. Năng lượng liên kết và các thông số hợp kim. Khoảng lân cận gần nhất trung bình giữa hai nguyên tử.

Hợp kim xen kẽ nhị nguyên có khuyết tật với cấu trúc lập phương. Năng lượng tự do Helmholtz. Độ dời của nguyên tử từ vị trí cân bằng. Nồng độ nút khuyết cân bằng.

Các đại lượng nhiệt động. Hệ số nén đẳng nhiệt và môđun đàn hồi đẳng nhiệt. Hệ số dãn nở nhiệt. Nhiệt dung đẳng tích.

Nhiệt dung đẳng áp. Hệ số nén đoạn nhiệt và môđun đàn hồi đoạn nhiệt. Thông số Gruneisen. Kết quả tính số các đại lượng nhiệt động của hợp kim xen kẽ AuSi và PtSi.

Thế tương tác giữa các nguyên tử trong hợp kim xen kẽ. Kết quả tính số đối với các đại lượng nhiệt động của AuSi, PtSi. 48 Kết luận chương 2. 56 CHƯƠNG 3 TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG CỦA HỢP KIM XEN KẼ TAM NGUYÊN CÓ KHUYẾT TẬT VỚI CẤU TRÚC LẬP PHƯƠNG 57 3.

Hợp kim xen kẽ tam nguyên lí tưởng với cấu trúc lập phương. Mô hình hợp kim. Năng lượng tự do Helmholtz. Năng lượng liên kết và các thông số hợp kim.

Khoảng lân cận gần nhất trung bình giữa hai nguyên tử. Hợp kim xen kẽ tam nguyên có khuyết tật với cấu trúc lập phương. Năng lượng tự do Helmholtz. Độ dời của nguyên tử từ vị trí cân bằng.

Nồng độ nút khuyết cân bằng. Các đại lượng nhiệt động. Hệ số nén đẳng nhiệt và môđun đàn hồi đẳng nhiệt. Hệ số dãn nở nhiệt.

Nhiệt dung đẳng tích. Nhiệt dung đẳng áp. Hệ số nén đoạn nhiệt và môđun đàn hồi đoạn nhiệt. Thông số Gruneisen.

Kết quả tính số các đại lượng nhiệt động của hợp kim xen kẽ. Kết quả tính số các đại lượng nhiệt động của AuCuSi, PtCuSi cấu trúc FCC. Kết quả tính số các đại lượng nhiệt động của FeCrSi, VWSi cấu trúc BCC. 74 Kết luận chương 3.

86 CHƯƠNG 4 NÓNG CHẢY VÀ CHUYỂN PHA CẤU TRÚC CỦA HỢP KIM XEN KẼ NHỊ NGUYÊN VÀ TAM NGUYÊN CÓ KHUYẾT TẬT VỚI CẤU TRÚC LẬP PHƯƠNG 87 4. Nóng chảy và chuyển pha cấu trúc của hợp kim xen kẽ nhị nguyên có khuyết tật với cấu trúc lập phương. Lý thuyết nóng chảy. Lý thuyết chuyển pha cấu trúc.

Nóng chảy và chuyển pha cấu trúc của hợp kim xen kẽ tam nguyên có khuyết tật với cấu trúc lập phương. Lý thuyết nóng chảy. Lý thuyết chuyển pha cấu trúc. Tính số nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ chuyển pha cấu trúc.

Kết quả tính số nhiệt độ nóng chảy của các hợp kim xen kẽ TaSi, WSi, FeC. Kết quả tính số nhiệt độ chuyển pha cấu trúc  −  của Fe. 107 Kết luận chương 4. 109 KẾT LUẬN CHUNG.

110 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO. 111 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 124 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Tiếng Anh Chữ viết tắt Tiếng Việt First-principle calculation AB INITIO Tính toán từ các nguyên lí đầu tiên Calculation of phase diagram CALPHAD Tính toán giản đồ pha CT Công trình Diamond anvil cell DAC Ô mạng đế kim cương Embbedded atom method EAM Phương pháp nguyên tử nhúng Experiments TN Thực nghiệm Fast X – ray diffraction XRD Nhiễu xạ tia X nhanh Substitutional alloy SA Hợp kim thay thế Interstitial alloy IA Hợp kim xen kẽ Defective alloy KT Hợp kim có khuyết tật Hexagonal close-packed HCP Lục giác xếp chặt Ô mạng đế kim cương được nung nóng Laser- heated diamond anvil cell LH DAC bởi laze Face-centered cubic FCC Lập phương tâm diện Body-centered cubic BCC Lập phương tâm khối Perfect alloy LT Hợp kim lí tưởng Monte Carlo simulation MCS Mô phỏng Monte Carlo Molecular dynamics MD Động lực học phân tử Molecular dynamics-extended Thế Finnis-Sinclair mở rộng của động MD-EFS Finnis-Sinclair potential lực học phân tử Molecular dynamics-pressure- Phương pháp nguyên tử nhúng phụ MD-PDEAM dependent embedded atom-method thuộc áp suất của động lực học phân tử Mie-Lennard-Jones potential MLJ Thế Mie-Lennard-Jones Statistical moment method SMM Phương pháp thống kê mômen Quantum embedded atom method Trường lực của phương pháp nguyên tử qEAM FF force field nhúng lượng tử Vacancy V Nút khuyết 1 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.

Các thông số thế MLJ. Một số đại lượng nhiệt động của Au, AuSi tại P = 0. Một số đại lượng nhiệt động của Pt, PtSi tại P = 0. Sự phụ thuộc của hệ số dãn nở nhiệt vào nhiệt độ đối với Au tại P = 0.

Sự phụ thuộc của nhiệt dung đẳng áp vào nhiệt độ đối với Au tại P = 0. Sự phụ thuộc của nhiệt dung đẳng áp vào nhiệt độ đối với Pt tại P = 0. Các thông số thế MLJ n-m. Một số đại lượng nhiệt động của AuCu, AuCuSi tại P = 0, cCu = 10%.

Một số đại lượng nhiệt động của AuSi, AuCuSi tại P = 0, cSi = 1%. Một số đại lượng nhiệt động của PtCu, PtCuSi tại P = 0, cCu = 10%. Một số đại lượng nhiệt động của PtSi, PtCuSi tại P = 0, cSi = 1%. Một số đại lượng nhiệt động của FeCr, FeCrSi tại P = 0, cCr = 10%.

Một số đại lượng nhiệt động của FeSi, FeCrSi tại P = 0, cSi = 5%. Một số đại lượng nhiệt động của VW, VWSi tại P = 0, cW = 10%. Một số đại lượng nhiệt động của VSi, VWSi tại P = 0, cSi= 1%. Nồng độ nút khuyết cân bằng của FeCrSi tại P = 5 GPa, cCr = 10%.

Nồng độ nút khuyết cân bằng của FeCrSi tại P = 10 GPa, cCr = 10%. Nồng độ nút khuyết cân bằng của FeCrSi tại P = 5 GPa, cSi = 5%. Nồng độ nút khuyết cân bằng của VWSi tại P = 80 GPa, cW = 10%. Nhiệt độ nóng chảy của kim loại và tỉ số nhiệt độ nóng chảy của kim loại trên nhiệt độ nóng chảy của Fe đối với các kim loại Fe, Cr, V, W tại P = 0 theo TN.

Sự phụ thuộc của T đối với Fe (LT), Fe (KT) tính bởi SMM và Fe theo TN. Sự phụ thuộc của CP đối với Fe (LT), Fe(KT) tính bởi SMM và Fe theo TN. Các thông số thế MLJ n-m. nv tại các điểm nóng chảy của Ta và W tại P = 0 tính bởi SMM và theo TN .