相図計算の奇跡

誰もが知っているように、状態図は実験的にテストすることができます。しかしながら、実験的な相図は多くの人的資源と物質的資源を必要とします。反応に関与する高温、高圧、および腐食性ガスの条件下では、それらはまた、組成制御、容器選択、および高温測定において困難に直面することになり、実験的決定は常に制限され、一方的には不可能である。系の相図と熱力学的性質の完全で包括的な理解。図1：Fe-C相図次に、相図計算は便利な解決策です。彼は熱力学的原理を用いて系の相平衡を計算し、相図をプロットした。相図計算が導入された後、系の相図のいくつかの重要領域といくつかの重要相の熱力学データのみが実験的に測定できる。 Gibbs自由エネルギーモデルのパラメータを最適化し、そして状態図全体をシステムを構築するために外挿することができます。完全相図熱力学データベース結果として、相図研究の作業量は大幅に減少し、起こり得る実験的困難を回避することが可能である。簡単に言えば、相図計算は６つの重要な利点または意味を有することができる。得られた異なる実験結果を合理的に評価し、正確で信頼性のある相図情報をユーザーに提供するために、図表データと熱化学データそれ自体およびそれらの一貫性。準安定状態図を得る；（３）多相図を推定および予測し、多相バランスを計算し、そして実際の材料および加工技術の設計のための基準を提供することができる；（４）ギブス自由エネルギー曲線を計算することによって、無拡散相転移の成分範囲を予測することができる;（5）それは相変化駆動力と必要な活性のような重要な情報を提供することができる（6）材料調製の研究と制御のための座標として異なる熱力学的変数を持つ様々な相図を得ることは便利である。状態図 - 状態図計算の本質は、ターゲットシステムの各相の結晶構造、磁気秩序、化学秩序転移に従って各相の熱力学モデルを確立し、それぞれのGibbs自由エネルギー表現を構築することです。これらのモデルからのフェーズ。最後に、相図は平衡条件によって計算されます。それらの中で、各相熱力学モデルにおける未決定のパラメーターは、文献に報告されている状態図および熱力学的性質データに基づいて得られ、そして相図計算ソフトウェアによって最適化されている。得られた低成分系（一般に2成分系と3成分系）の熱力学的パラメータに基づいて、多成分系の状態図と熱力学的情報を外挿または少数の多変量パラメータの追加によって得ることができます。材料加工中の圧力、圧力、および組成したがって、我々は、相図の計算においてモデル関数としてギブス自由エネルギーを選択する。ある材料を有するが外界とのエネルギー交換を伴う系（閉鎖系）については、一定の温度および圧力過程は常に方向を向いている。ギブス自由エネルギーの減少、およびシステムの総ギブス自由エネルギーは平衡状態で最も低い。相中の構成元素の化学位置は等しい。すべての温度での自由エネルギー - 組成曲線を知っていれば、最小自由エネルギーまたは等価な溶液化学ビットを見つけることによって状態図を計算できます。状態図を計算するには、自由エネルギー曲線の準安定部分を知る必要があります。相図の最適化および計算プロセスは、単純に5つのステップに分けることができます。（1）実験データの収集および評価。評価の目的は、著者らが使用した実験方法に基づいて実験データの正確性を判断し、熱力学的原理と一致し、比較的合理的な実験データを選択することである（2）自由エネルギーモデルの選択。相の構造に従って、合理的モデルを選択し、多変量システムを外挿することによって検証することができる（3）測定された相図と熱化学データを用いてGibbs自由エネルギー式における未決定パラメータを最適化する。それから相平衡条件に従ってコンピューター上で相図を計算するために適切なアルゴリズムと対応するコンピュータープログラムを使用する（4）計算結果と実験データの比較と分析。両者に大きな差がある場合は、決定するパラメータを調整するか、熱力学モデルを再選択してから、計算結果が実験誤差範囲内のほとんどの相図データおよび熱化学データと一致するまで最適化計算を実行します。 （5）最適化の後、全ての相図と熱力学データを熱力学モデルによって自己無撞着な全体に結び付け、最終的にモデルパラメータに格納して相図熱力学データベースを作成する。今、洗練された相図計算ソフトウェアがある。相図計算ソフトウェアは、本質的に熱力学モデルと大規模数値計算および強力なコンピュータ処理機能を備えた計算原理の組み合わせです。それは多変量および多相平衡計算を達成することができるだけでなく、様々な形の安定および準安定状態図を与えることもできる。材料の調製および使用に密接に関連する他のパラメータを得ることができる。一般に使用される相図熱力学計算ソフトウェア（Thermo-Calc、Fact Sage、Pandat、Jmatpro）の主な機能および特徴は以下の通りである。 Thermo-CalcソフトウェアThermo-Calcソフトウェアは、完全なデータシステム、強力な機能、そして比較的完全な構造計算システムとなっています。これは、世界で高い評価を得ている熱力学計算ソフトウェアです。Thermo-Calcソフトウェアは、相平衡計算（液相線および固相線温度、各相の組成と割合など）、相図計算、および熱力学計算を可能にします。熱力学的データもまた表にして計算することができる。反応の熱力学的関数と駆動力、評価化学系の相平衡、および相転移、およびさまざまな相図は自動描画プログラムによって描画されます。2、Fact SageソフトウェアFact Sageソフトウェアは、 ChemSage / SOLGA-SMIX 2つの熱化学ソフトウェアパッケージ。豊富なデータベースコンテンツ、強力なコンピューティング機能、およびWindowsプラットフォームでの簡単な操作の利点があります。ファクトセージのソフトウェアアプリケーションには、材料科学、乾式冶金、湿式冶金、電気冶金、腐食、ガラス産業、燃焼、セラミックス、地質学などが含まれます。 （2）20元素を含む酸化物データベース（3）20陽イオンと8陰イオンを含む溶融塩データ（4）Pb、Sn、Fe、Cu、Znなどの一般的な合金系を含む包括的なデータベース電解アルミニウム、製紙産業、高純度シリコンなどの特定の工業プロセス用のデータベース。さらに、Fact Sageは他の有名な国際データも使用できます。 PandatソフトウェアPandatパッケージの最大の利点は、自由エネルギー機能が特定の範囲のコンポーネント内に複数の最低点を持っていても、それを持っていないユーザーには、プライベートデータベースを作成する機能を提供することです。初期値を設定せずに、相図計算の専門知識と計算スキルを使用できます。 Pandatソフトウェアを使用すると、マルチフェーズマルチフェーズシステムの安定したバランスを自動的に検索することもできます。Pandatのソフトウェアの主な機能には、コンピューティング、編集、および高度な機能が含まれます。 （1）相図の計算：二相、三成分および多成分平衡状態図の計算（等温断面図、等価断面図、ユーザー定義断面図）;（2）液相線の計算：液相線（融点） （３）凝固計算：出力情報は、温度の関数としての固形分率、密度、比熱、エンタルピーなどの曲線を含む。相図の最適化：一連の相図と熱化学データを評価し、Windowsのインターフェイスで操作して相図を最適化できる熱力学モデルのパラメータを取得します。Pandatソフトウェアの主な機能は次のとおりです。そして使用する。安定した信頼できる計算結果ユーザーが初期値と推定値を入力する必要がありません。ソフトウェアが自動的にバランスポイントを見つけます。ユーザー定義のデータベースをサポートし、さまざまな相図と熱力学を計算します。強力なコンピューティングプラットフォームを提供します。図2：PanGUI4のコンポーネントであるJmatpro softwareJMatProは、強力で安定した熱力学モデルと熱力学データをコアテクノロジおよび計算として使用します。すべての物理モデルは、材料性能計算の正確性を保証するために広く検証されています。 JMatProの計算速度は非常に速く、通常1分以内に完了することができます。高速計算の最も直接的な利点は、ユーザが自分の材料式を素早く実験し、自分のコンピュータで望みの計算を完了できることです。主な機能は次のとおりです。（1）安定および準安定状態図計算。ユーザーは、複数の合金系の相図などの部品平面を計算したり、温度によって変化したり、組成によって変化したりする多成分合金の相図を計算することができます（2）物性の計算 - 材料CAEシミュレーションに使用されます。材料の特性と温度との間の関係を計算することができる。合金中の各相についての性能データも同時に計算することができ、凝固過程における相図を計算することができる（３）機械的性質。材料の機械的性質は、室温および高温条件下で計算することができます（4）相変化計算：マルテンサイト変態、鋼溶接熱サイクルおよびマルチパス熱間圧延計算、TTT / CCT曲線など。
ソース：Meeyou Carbide