به نام خدا تجزيه اسپينودالي

تحولات فازي به دو گروه عمده تقسيم مي شوند: مقدمه تحولات فازي به دو گروه عمده تقسيم مي شوند: اكثر تغيير حالتها با ايجاد سطح و فرآيند جوانه زني و رشد اتفاق مي افتد. در گروه كوچكي از تحولات كه به دگرگونيهاي همگن مشهور هستند ، در حين تحول سطح مشتركي ايجاد نمي شود و مرحله هسته گذاري در سيستم رخ نمي دهد و تمام تغييرات در فاز اوليه با همان ساختار رخ مي دهد.

مقدمه

دگرگوني همگن تشابه در فرآيند منظم شدن و تجزيه اسپينودالي در نمودار وجود دارد. بازه اي كه تحول در آن رخ مي دهد متفاوت است: منظم شدن در يك مسافت كم

مقدمه در سال 1932 Paul Merica به بررسي فرآيند سخت شدن duralium پرداخت و علت افزايش سختي نمونه ها را قبل از تشكيل رسوبهاي CuAl2 تجمع اتفاقي اتم هاي مس در شبكه اوليه دانست، بررسي هاي وي نشان داد كه براي حصول اين شرايط نياز به نفوذ سربالايي است.

مقدمه Guinier’s and Preston’s با بكارگيري اشعه ايكس اين خوشه ها را مورد تاييد قرار داند و به افتخار آنها مناطق GP ناميده شد. مشكل دوم، ضريب نفوذ منفي نيز توسط Becker and Dehlinger با انجام محاسبات تئوري مورد تصديق قرار گرفت، و مناطقي كه در دياگرام فازي داراي ضريب نفوذ منفي هستند، مناطق اسپينودالي گفته مي شود.

فرضيات سيستم اسپينودالي

منطقه نقص انحلال در آلياژهايي كه آنتالپي انحلال آنها مخالف صفر است، فرض نظم و ترتيب تصادفي اتم ها بعنوان پايدارترين ترتيب اتم ها ،مورد قبول نمي باشد. در اين حالت كمينه انرژي در مقابله كمترين انرژي دروني و بيشترين آنتروپي بدست خواهد آمد. اين حالت براي سيستم هايي كه ε<0 ، با منظم شدن سيستم و كنار هم بودن تناوبي اتم هاي A,B حاصل مي گردد. اما براي حالتي كه ε>0 ،تجمع اتم هاي همنام در كنار يكديگر-خوشه اي شدن- منجر به كاهش انرژي آزاد سيستم مي گردد.

حضور منطقه نقص انحلال در دياگرامهاي شامل تحول منوتكتيك در دياگرامهاي انحلال كامل

با افزايش دما سيستم به سمت حالت ايده آل ميل مي نمايد پس با افزايش دما، ميزان خوشه اي شدن كاهش مي يابد، كه البته علت اصلي آن سهم آنتروپي مي باشد.

تجزيه اسپينودالي در يك محدوده دمايي رخ مي دهد. علت اين تغيير افزايش سهم آنتروپي محلول نسبت به آنتروپي عناصر خالص مي باشد. (G/T)=-S تجزيه اسپينودالي در يك محدوده دمايي رخ مي دهد.

بررسي تحول منوتكتيك

T1

فرضيات: سيستم آلياژي با تركيب متوسطc0 اين سيستم آلياژي به دو جز با تركيب متفاوت تجزيه مي شود.

خودبخودي و پيوسته واكنش unstable خودبخودي و پيوسته واكنش

flux, (D>0) flux=0 flux, (D<0) flux=0

نيمه پايداري و ناپايداري فازي Small separation Large separation X1

نيمه پايداري و ناپايداري فازي جوانه زني و رشد

به منظور تحول اسپينودالي فازهاي تشكيل شده بايستي داراي ساختمان كريستالي يكساني مانند فاز اوليه باشند.در ساده ترين حالت بايستي هر دو فاز داراي ساختار كريستالي يكسان و يا تفاوت ناچيزي در ساختمان آنها وجود داشته باشد.اين حالت در دماهاي بالا در سيستم ايجاد مي شود و به اسپينودال شيميايي شناخته مي شود.

وجود كوهيرنسي بين زمينه و فازهاي تشكيل شده در تحول: اين شرايط در دماهاي پايين و در صورت تفاوت جزيي بين ساختار كريستالي زمينه و فازهاي ايجاد شده حاصل مي گردد.

در صورت در نظر گرفتن كوهيرنسي

هسنه گذاري فازهاي ناهمبسته اسپبنودال شيميايي اسپبنودال همبسته هسته گذاري فازهاي همبسته هسته گذاري فازهاي همبسته

تغييرات انرژي آزاد شيميايي : در صورتيكه يك آلياژ همگن با غلظت X0 تغييرات انرژي آزاد سيستم محلول تغييرات انرژي آزاد شيميايي : در صورتيكه يك آلياژ همگن با غلظت X0 به دو بخش و

انرژي شيب: در صورتيكه دو تركيب ذكر شده ايجاد شودو با يكديگر حالت همبسته داشته باشند، انرژي فصل مشتركي به شيب غلظتي وابسته است λ : طول موج نوسانهاي تركيب شيميايي :دامنه K : به اختلاف انرژي زوج اتم هاي همسان و ناهمسان وابسته است

انرژي كرنشي : در صورت تفاوت اندازه اتمهاي سازنده محلول جامد

اين خط به طور كامل در منطقه اسپينودال شيميايي قرار دارد

تفاوت در منطقه اسپينودال همبسته و ناهمبسته به پارامتر ηوابسته است. در صورت تفاوت اندازه اتمي بزرگ ، نياز به فراتبريدي بزرگ براي غلبه بر تاثير انرژي كرنشي است

سرعت دگرگوني اسپينودالي

سرعت دگرگوني اسپينودالي با توجه به فرآيند نفوذي اين استحاله و نياز به نفوذ همزمان دوعنصر: سرعت دگرگوني به وسيله ضريب نفوذ درهم تعيين شده و تركيب شيميايي به صورت نمايي با زمان افزايش دارد ثابت زماني ويژه اين تحول نيز : λ : طول موج نوسانهاي تركيب شيميايي

حداقل مقدار نوسان تركيب شيميايي به منظور شروع تحول اسپينودالي با توجه به رابطه ثابت زماني: با كاهش ميزان λ مي توان اين ميزان سرعت را افزايش داد. حداقل مقدار نوسان تركيب شيميايي به منظور شروع تحول اسپينودالي با افزايش فرا تبريد تا زير خط اسپينودال همبسته نيز مي توان طول موج كمينه ممكن را كاهش داد.

محل تشكيل خوشه هاوانرژي كرنشي حضور انرژي كرنشي منجر به anisotropy در سيستم مي گردد. فرآيند خوشه اي شدن در بعضي از سيستم ها با قرار گرفتن در جهات نرم و قابل انعطاف انجام شود ، ميزان اين انرژي كرنشي را كمتر مي نمايند. علت قرارگيري خوشه ها در چنين راستاهايي به مقدار كم مدول در اين راستاها برمي گردد سيستم هاي مكعبي با قرار گرفتن در جهات 100و 111 اين شرايط را براي خوشه ها ايجاد مي نمايند.

چند نمونه از آلياژهايي كه عمليات حرارتي اسپينودالي بر روي آنها انجام شده:

ارزيابي ميكروسكوپي: معمولا فازهاي تشكيل شده طي تحول اسپينودالي داراي ابعاد بسيار كوچكي و در حد ميكرون و كمتر از آن هستند . بر اين اساس ارزيابي ساختار با بكارگيري ميكروسكوپهاي الكتروني قابل انجام است.

Spinodal decomposition of undercool Ni-Si-B alloy

مقايسه خواص با انجام عمليات تجزيه اسپينودالي: افزايش استحكام از آن جمله مي توان به افزايش 3 برابري استحكام تسليم در سيستمCu-Ni-Sn اشاره نمود. از ديگر محصولات مي توان به توليد فولاديFe-Mn-Co-V با استحكام 45GPa اشاره نمود افزايش مقاومت ماده در بارگذاريهاي تناوبي مقاومت ماده در برابر سايش مقاومت در برابر خوردگي ....

X2