Nghiên cứu lí thuyết khuếch tán của hợp kim xen kẽ AB với cấu trúc lập phương tâm khối

Bài viết nghiên cứu lí thuyết khuếch tán của hợp kim xen kẽ AB với cấu trúc lập phương tâm khối, biểu thức giải tích của năng lượng tự do của nguyên tử xen kẽ, khoảng cách lân cận gần nhất giữa hai nguyên tử xen kẽ, các thông số hợp kim đối với nguyên tử xen kẽ, các đại lượng khuếch tán như tần số bước nhảy của nguyên tử xen kẽ, độ dài bước nhảy hiệu dụng,...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu lí thuyết khuếch tán của hợp kim xen kẽ AB với cấu trúc lập phương tâm khốiJOURNAL OF SCIENCE OF HNUENatural Sci. 2016, Vol. 61, No. 4, pp. 3-9This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vnDOI: 10.18173/2354-1059.2016-0001NGHIÊN CỨU LÍ THUYẾT KHUẾCH TÁN CỦA HỢP KIM XEN KẼ ABVỚI CẤU TRÖC LẬP PHƢƠNG TÂM KHỐINguyễn Quang Học1, Đinh Quang Vinh1, Lê Hồng Việt2 và Nguyễn Văn Phương3Khoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà NộiKhoa Khoa học Tự nhiên, Trường Sĩ quân Lục quân 1, Hà Nội3Trường Trung học phổ thông Hoằng Hóa 2, Thanh Hóa12Tóm tắt. Bài báo nghiên cứu lí thuyết khuếch tán của hợp kim xen kẽ AB với cấu trúc lập phươngtâm khối. Bằng phương pháp thống kê mômen chúng tôi Ďã rút ra các biểu thức giải tích của nănglượng tự do của nguyên tử xen kẽ, khoảng cách lân cận gần nhất giữa hai nguyên tử xen kẽ, cácthông số hợp kim Ďối với nguyên tử xen kẽ, các Ďại lượng khuếch tán như tần số bước nhảy củanguyên tử xen kẽ, Ďộ dài bước nhảy hiệu dụng, thừa số tương quan, hệ số khuếch tán và nănglượng kích hoạt cùng với phương trình trạng thái Ďối với hợp kim xen kẽ AB với cấu trúc lậpphương tâm khối dưới tác dụng của áp suất. Trong trường hợp khi nồng Ďộ nguyên tử xen kẽ bằngkhông ta thu Ďược lí thuyết khuếch tán của kim loại chính A.Từ khóa: Hợp kim xen kẽ, tần số bước nhảy, Ďộ dài bước nhảy hiệu dụng, thừa số tương quan, hệsố khuếch tán, năng lượng kích hoạt.1. Mở đầuHợp kim nói chung và hợp kim xen kẽ (HKXK) nói riêng là những vật liệu phổ biến trong khoahọc và công nghệ vật liệu. Việc nghiên cứu HKXK Ďã và Ďang thu hút sự quan tâm của nhiều nhànghiên cứu [1-7].Một trong các lí thuyết Ďược sử dụng Ďể nghiên cứu hợp kim là lí thuyết khuếch tán. Đối với hợpkim nói chung và HKXK nói riêng, có hai cơ chế khuếch tán cơ bản là cơ chế thay thế và cơ chế xen kẽ.Cơ chế nào là chủ Ďạo phụ thuộc vào từng kim loại và các tạp chất pha tạp.Hai thông số cơ bản nhất cần Ďược xác Ďịnh khi nghiên cứu quá trình khuếch tán là năng lượngkích hoạt và hệ số khuếch tán. Có một số phương pháp lí thuyết Ďể xác Ďịnh các thông số này như môhình Einstein, phương pháp tốc Ďộ phản ứng, phương pháp Ďộng học nguyên tử,… Tuy nhiên, cácphương pháp nói trên phần lớn chỉ mới giải quyết về mặt Ďịnh tính và khi nghiên cứu Ďịnh lượng gặpnhiều khó khăn về mặt toán học do phải thực hiện nhiều phép tính gần Ďúng Ďặc biệt là Ďối với các môhình hợp kim như HKXK. Phương pháp thống kê mômen Ďã Ďược áp dụng trong nghiên cứu tính chấtcấu trúc, nhiệt Ďộng, Ďàn hồi, chuyển pha và khuếch tán của kim loại và hợp kim [8-10].Hiện nay chưa có nhiều nghiên cứu Ďịnh lượng về sự khuếch tán của hợp kim xen kẽ AB với cấutrúc lập phương tâm khối. Bằng phương pháp thống kê mômen khi nghiên cứu sự khuếch tán của hợpkim xen kẽ AB với cấu trúc lập phương tâm khối chúng tôi có thể rút ra Ďược các biểu thức giải tíchcủa năng lượng tự do của nguyên tử xen kẽ, khoảng cách lân cận gần nhất giữa hai nguyên tử xen kẽ,các thông số hợp kim Ďối với nguyên tử xen kẽ, các Ďại lượng khuếch tán như tần số bước nhảy củanguyên tử xen kẽ, Ďộ dài bước nhảy hiệu dụng, thừa số tương quan, hệ số khuếch tán và năng lượngNgày nhận bài: 19/2/2016. Ngày nhận Ďăng: 20/3/2016.Tác giả liên lạc: Nguyễn Quang Học, Ďịa chỉ e-mail: hocnq@hnue.edu.vn3Nguyễn Quang Học, Đinh Quang Vinh, Lê Hồng Việt và Nguyễn Văn Phươngkích hoạt cùng với phương trình trạng thái Ďối với HKXK AB với cấu trúc lập phương tâm khối(LPTK) dưới tác dụng của áp suất.2. Nội dung nghiên cứu2.1. Cơ chế khuếch tán trong hợp kim xen kẽTrong mô hình HKXK AB với cấu trúc LPTK, các nguyên tử A có kích thước lớn nằm ở các Ďỉnh(nút mạng) và tâm khối, còn các nguyên tử xen kẽ B có kích thước nhỏ hơn nằm ở các tâm mặt. Trongmô hình này, có 2 cách Ďể nguyên tử B dịch chuyển Ďến tâm của các mặt mạng bên cạnh. Theo cách I,nguyên tử B từ tâm mặt (vị trí 1) di chuyển qua Ďiểm giữa cạnh ô mạng (vị trí 2) tới tâm mặt lân cậnvới khoảng cách a (a là chiều dài cạnh ô mạng). Theo cách này, có 4 vị trí mà nguyên tử B có thể dịchchuyển tới (Hình 1). Theo cách II, nguyên tử B từ tâm mặt (vị trí 1) di chuyển qua Ďiểm giữa Ďoạn nối2 tâm của 2 mặt mạng vuông góc với nhau của một ô mạng (vị trí 3) tới tâm mặt lân cận với khoảngcách a / 2 (vị trí 3). Theo cách này, có 8 vị trí mà nguyên tử B có thể dịch chuyển tới (Hình 2).2.2. Năng lượng tự do của nguyên tử xen kẽ trong hợp kim xen kẽNăng lượng tự do của một nguyên tử xen kẽ B trong HKXK AB với cấu trúc LPTK Ďã Ďược xácĎịnh bởi [9].21Hình 1. Cơ chế khuếch tán của mạng LPTK theo cách I31Hình 2. Cơ chế khuếch tán của mạng LPTK theo cách II4Nghiên cứu lí thuyết khuếch tán của hợp kim xen kẽ AB với cấu trúc lập phương tâm khối 2  2 22  xcthx   x cth x  1 1 2  23 2  k   U 0  3  x  ln 1  e2 x   3 2 3 4k4 2 xcthx  xcthx 2xcthx12211xcthx211232 2 (1)trong ph ...