Псевдоспинодаль При Моделировании Распада Сплава Методом Монте-Карло

Abstract

На основании результатов моделирования методом Монте-Карло распада в простой системе с коротко-действующим потенциалом притяжения примесных атомов выдвигается гипотеза о существовании псевдо-спинодали, разделяющей области гомогенного и гетерогенного зародышеобразования на фазовой диаграмме.Работа выполнена в рамках государственного задания ФАНО России (тема " Магнит", № 01201463328).DOI: 10.21883/FTT.2017.04.44261.181 ВведениеВ теории фазовых превращений в славах [1,2] раз-личные типы кинетики распада классифицируют по положению параметров сплава (температура, состав) на фазовой диаграмме. Предел растворимости (бинодаль) определяется условием равенства химических потенциа-лов фаз, а предел устойчивости однородного состояния (спинодаль) определяется как граница выпуклого участ-ка концентрационной зависимости свободной энергии. Между спинодалью и бинодалью заключена область метастабильных состояний, где сплав устойчив отно-сительно малых флуктуаций состава, но претерпевает распад на равновесные фазы при появлении критических зародышей. Физической причиной существования этой области является вклад конфигурационной энтропии атомов в свободную энергию сплава.В настоящее время считается установленным [3,4], что спинодаль является только теоретической концеп-цией. Она существует в пределе бесконечного дально-действия [5][6][7], однако в системах с короткодейству-ющим потенциалом тепловые флуктуации обеспечива-ют плавный переход от абсолютной неустойчивости к режиму зарождения и роста, так что невозможно определить линию, разделяющую эти два режима кине-тики. Об этом свидетельствуют как экспериментальные данные [8,9], так и результаты компьютерного моделиро-вания [10,11].Процесс зародышеобразования вблизи бинодали ме-нее изучен. В некоторых работах обсуждалась необхо-димость разделения области метастабильных состояний на две подобласти. Так, уже в [5] была построена схематическая фазовая диаграмма, включающая области " classical nucleation" (сразу ниже бинодали) и " spinodal nucleation" (сразу выше спинодали), хотя переход между этими областями предполагался плавным. В [8,12] идея о двух режимах зарождения использовалась для объ-яснения экспериментов по рассеянию света в жидких бинарных смесях. В [13] было теоретически предска-зано, что между метастабильной областью и областью неустойчивых состояний существует третья область, где исходное однородное состояние устойчиво относитель-но бесконечно малых длинноволновых флуктуаций, но переходит к гетерофазному состоянию под действием конечных тепловых флуктуаций. Линия, ограничива-ющая сверху эту область, была названа физической спинодалью. В [14] подобная линия получена для од-нокомпонентного газа вблизи критической точки; было отмечено, что она лежит ближе к бинодали, чем к теоре-тической спинодали. В [3,15] предсказано существование " псевдоспинодали" в бинарных полимерных смесях, что нашло экспериментальное подтверждение [16] (отметим, однако, что речь идет об одиночных экспериментах). Псевдоспинодаль совпадает со спинодалью среднего поля (mean-field спинодалью) в пределе...

Модель распада сплава Fe-Cu с концентрационно-зависящими межатомными взаимодействиями

“…Предел растворимости рассчитывается из условия равенства химических потенциалов фаз [20], что подтверждается моделированием распада сплава методом Монте-Карло [19]. Эксперименты показывают, что растворимость ГЦК Cu в ОЦК Fe не превосходит 0.02 (при T = 1150 K) [6,29,30].…”

“…Было установлено, что такая линия может существовать по крайней мере в системах с дальнодействующим потенциалом, либо большой молекулярной массой, в частности, в полимерах [38]. В работе [19] в результате моделирования методом кинетического Монте-Карло (КМК) в системе с короткодействующим потенциалом (подобным потенциалу в системе FeCu) было показано, что инкубационный период гомогенного зарождения выделений устремляется к бесконечности вдали как от предела растворимости, так и от классической спинодали. Полученная новая линия на фазовой диаграмме является физической спинодалью и выражает тот факт, что при достаточно малой концентрации в однородном сплаве не может возникнуть флуктуация, достаточная для появления критического зародыша.…”

“…При этом важная роль магнетизма в распаде в сплавах железа отмечалась еще в работах Зинера [14,15]. Однако, до сих пор изменение магнитной энергии при анализе распада сплава Fe−Cu либо не учитывалось совсем [16][17][18], либо использовался весьма упрощенный потенциал Cu−Cu взаимодействия, зависящий только от температуры [7] и не учитывалось различие предела растворимости и предела устойчивости однородного состояния [19]. В работе [20] использова-лись температурно-зависящие параметры межатомных взаимодействий, полученные фиттингом к экспериментальным данным.…”