Abstract

A method for predicting the regularities of crystal growth from metastable melts has been developed. The process of crystal growth from a multicomponent melt is described by the methods of nonequilibrium thermodynamics, taking into account the mutual influence of thermal and diffusion processes. The application of a new variational approach to the constructed system of equations made it possible to obtain expressions of the crystal growth rate from a multicomponent melt convenient for practical calculations. The obtained technique allowed us to analyze the features of crystal growth at high rate of crystallization front, which leads to “impurity capture” effect – deviation from equilibrium conditions at the phase interface. The developed mathematical model makes it possible to calculate the growth rate of new phase particles and to estimate the effect of metastable effects on deviation of the components’ concentration at surface of the growing crystal from equilibrium values. Thus, using the obtained method, a “metastable” phase diagram of the system under study can be constructed. The developed approach is applied to the calculation of growth of α-Fe(Si) nanocrystals during annealing of amorphous alloy Fe73,5 Cu1 Nb3 Si13,5B9. The calculation results were compared with the results of the experiment on the alloy primary crystallization. It is shown that the concentration of Fe at the surface of the growing crystal does not significantly deviate from the equilibrium values. On the other hand, silicon atoms are captured by the crystallization front, silicon concentration at the surface of the growing nanocrystal deviates significantly from equilibrium values. The calculation has shown that after the initial crystallization of the amorphous phase, occurring at a temperature of 400 – 450 °C, the deviation of silicon concentration from equilibrium value is about 2 %, while this equilibrium value is about 13.3 %.

Highlights

  • New Fe-based soft magnetic alloys composed of ultrafine grain structure // J

  • Fe-based soft magnetic alloys composed of ultrafine grain structure // Mater

  • The process of crystal growth from a multicomponent melt is described by the methods of nonequilibrium thermodynamics, taking into account the mutual influence of thermal and diffusion processes

Read more

Summary

МОДЕЛИРОВАНИЕ РОСТА КРИСТАЛЛОВ В МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ МЕТАСТАБИЛЬНЫХ СПЛАВАХ

Южно-Уральский государственный университет (454080, Россия, Челябинск, пр. Ленина, 76). Разработанная математическая модель дает возможность проводить расчеты скорости роста частиц новой фазы и оценивать влияние метастабильных эффектов на отклонение концентраций компонентов у поверхности растущего кристалла от равновесных значений. Что концентрация железа у поверхности растущего кристалла несущественно отклоняется от равновесных значений. C другой стороны, атомы кремния захватываются фронтом кристаллизации, концентрация кремния у поверхности растущего нанокристалла значительно отклоняется от равновесных значений. Классическое описание роста кристаллов в качестве допущения предполагает, что поверхность раздела фаз движется относительно медленно, на ней устанавливается локальное равновесие концентрации компонентов. В частности, при кристаллизации аморфных металлических сплавов [1 – 12] фронт роста новой фазы движется столь быстро, что захватывает компоненты примеси, концентрация которых отклоняется от равновесной. При «метастабильном» росте концентрация примеси у поверхности раздела Что внешний объем имеет сферическую форму радиуса RV

Выражение для производства энтропии в таком ограниченном объеме запишется как
Рост зародыша в многокомпонентном расплаве
Практические расчеты
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Full Text
Published version (Free)

Talk to us

Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have

Schedule a call