پدیده تجزیه اسپینودال در سیستم آلیاژی Ni-Al به کمک محاسبات ترمودینامیک

Abstract

بخش قابل توجهی از استحکام دمای بالای سوپرآلیاژهای پایه نیکل ریختگی به تشکیل و توسعه ریزساختار منظم-نامنظم فازهای γ/γʹ مربوط می‌شود. از این‌رو شناسایی مکانیزم تشکیل، مورفولوژی و فصل‌مشترک فازهای γ و γʹ برای کنترل خواص مکانیکی سوپرآلیاژهای پایه نیکل بسیار حائز اهمیت می‌باشد. تشکیل رسوبات γʹ درون زمینه فاز γ عمدتاً با مکانیزم جوانه‌زنی و رشد صورت می‌گیرد. اخیراً مواردی از تشکیل رسوبات فاز γʹ با مکانیزم تجزیه اسپینودال در برخی از سوپرآلیاژهای پایه نیکل ریختگی گزارش شده است. در پژوهش حاضر وقوع پدیده تجزیه اسپینودال از نقطه نظر ترمودینـامیکی در سیستم دوتایی Ni-Al (به عنوان یک مدل آلیاژی ساده برای سوپرآلیاژهای پایه نیکل) مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور سیستم آلیاژی Ni-Al در قسمت غنی از نیکل به وسیله روش CALPHAD مورد ارزیابی قرار گرفته و انرژی آزاد گیبس فازهای γ و γʹ در این سیستم آلیاژی به کمک به کارگیری مدل دو زیرشبکه محاسبه شده است. با بررسی منحنی انرژی آزاد گیبس در دماهای مختلف احتمال وقوع پدیده تجزیه اسپینودال، از نقطه نظر ترمودینامیک مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس با توجه به نتایج مدلسازی ترمودینامیک، عملیات حرارتی مناسب برای آلیاژ Ni-18Al (درصد اتمی) طراحی شده و به کمک آنالیز سه‌بعدی توموگرافی اتمی مورد مشخصه‌یابی قرار گرفته است. با توجه به نتایج مدلسازی و بررسی‌های تجربی مشخص شد که تشکیل رسوبات γ′ با مکانیزم تجزیه اسپینودال در شرایط فوق اشباع بالا در این سیستم آلیاژی امکان‌پذیر می‌باشد.