[發(fā)明專利]一種溫度梯度調(diào)控層狀高溫合金微觀組織的相場模擬方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010152037.1
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111324969B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李永勝;金勝順
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G16C10/00;G16C60/00;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 趙毅

本發(fā)明為一種溫度梯度調(diào)控層狀高溫合金微觀組織的相場模擬方法。包括如下步驟：根據(jù)合金的熱力學(xué)參數(shù)結(jié)合亞點(diǎn)陣模型對其進(jìn)行熱力學(xué)描述；根據(jù)合金的熱力學(xué)描述，求解元素的化學(xué)勢以及凈擴(kuò)散通量；利用相場法，建立溫度梯度下成分和序參數(shù)的相場演變方程；設(shè)置合適的初始參數(shù)，求解合金的成分場以及序參數(shù)場，繪制可視化圖像；分析溫度梯度下合金的微觀組織隨時間的演化圖，得到溫度梯度對合金組織形貌的影響規(guī)律；分析溫度梯度下高溫合金擴(kuò)散節(jié)界面微觀組織結(jié)構(gòu)圖，以及擴(kuò)散節(jié)界面兩側(cè)析出相體積分?jǐn)?shù)隨時效時間的變化，得到溫度梯度對高溫合金組織演化動力學(xué)的影響。本發(fā)明提供了一種溫度梯度調(diào)控層狀高溫合金微觀組織的相場模擬方法，同時該方法也可以預(yù)測溫度梯度下多元多層合金涂層組織演化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料微觀組織控制技術(shù)領(lǐng)域，具體為溫度梯度調(diào)控層狀高溫合金微觀組織的相場模擬方法。

背景技術(shù)

高溫合金由于其在600℃以上具有優(yōu)異的抗氧化性，抗熱腐蝕性，較高的強(qiáng)度以及抗疲勞等綜合性能，在航空航天領(lǐng)域，地面燃?xì)廨啓C(jī)、冶金化工等工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，它主要是用來作為高溫?zé)岫瞬考闹饕貌模窃诟邷胤蹠r，高溫擴(kuò)散對材料的微觀組織具有很重要的影響，例如，鎳基高溫合金在作為涂層應(yīng)用時，發(fā)生在高溫合金襯底和粘結(jié)層之間的互擴(kuò)散行為會導(dǎo)致熱障礙涂層結(jié)構(gòu)失效，從而導(dǎo)致涂層脫落，造成重大事故。

國內(nèi)外的專家學(xué)者針對多層合金間的相互擴(kuò)散進(jìn)行了大量研究，例如，“AudigiéP,Put A R V,Murakami H,et al.Chromium and iridium effects on the short-terminterdiffusion behaviour between Pt richγ-γ′bond-coatings and a Ni-Al-Cralloy[J].Surface and Coatings Technology,2017,309:258-265.”該文獻(xiàn)利用實驗手段研究了Cr和Ir對涂層的作用，并且發(fā)現(xiàn)Cr促進(jìn)Al上坡擴(kuò)散到涂層表面，而Ir有效的減小了涂層之間的相互擴(kuò)散。

同時，需要重點(diǎn)注意的是，熱障礙涂層在應(yīng)用時，在金屬襯底和粘結(jié)層之間會有一個明顯的溫度梯度，因此，溫度梯度對多層高溫合金在長期服役過程中的互擴(kuò)散行為和微觀結(jié)構(gòu)的影響是非常顯著的，同時溫度梯度引發(fā)的熱遷移對多層金屬的微觀結(jié)構(gòu)也有很大影響。

然而在實驗研究時，多層金屬間的溫度梯度大小是很難控制的，且實驗周期長，耗費(fèi)成本大，因此，利用相場模擬手段研究溫度梯度對多層高溫合金微觀組織的影響是非常有優(yōu)勢的，同時，現(xiàn)有的模擬手段都沒有考慮熱遷移的影響，因此，利用相場法研究溫度梯度調(diào)控多層高溫合金微觀組織的相場模擬方法是非常有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種溫度梯度調(diào)控層狀高溫合金微觀組織的相場模擬方法。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：

一種溫度梯度調(diào)控層狀高溫合金微觀組織的相場模擬方法。包括如下步驟：

步驟一：利用亞點(diǎn)陣模型以及層狀高溫合金的熱力學(xué)參數(shù)對其進(jìn)行熱力學(xué)描述；

步驟二：根據(jù)步驟一的熱力學(xué)描述，求出合金在溫度梯度下各元素的凈擴(kuò)散通量；

步驟三：結(jié)合合金的自由能以及擴(kuò)散通量，建立動力學(xué)相場演變方程；

步驟四：設(shè)置合適的合金參數(shù)、溫度梯度、模擬系統(tǒng)的計算參量，求解動力學(xué)方程，將求解數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，分析得到合金在溫度梯度下的組織以及成分演化規(guī)律。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)該方法通過結(jié)合相場法與亞點(diǎn)陣模型，定量地描述合金的化學(xué)自由能，它不僅能描述三元高溫合金的化學(xué)自由能，還能描述多元高溫合金的化學(xué)自由能，也為該系列合金的高通量相場模擬提供了具體方法。