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Sep 6, 2026 - 5 MIN READ
相变驱动力计算
基于 Gibbs-Duhem 关系与扩散势,推导多元两相体系中相变驱动力的两种表达形式及其等价关系,并附 Pandat 计算数据的验算示例。
Jing Zhong
在多元合金体系中,相变驱动力是判断新相能否析出以及析出倾向大小的关键热力学量。本文整理了基于 Gibbs-Duhem 关系的两种驱动力表达形式,以及二者的等价关系。
Reference: Hillert, M. Phase Equilibria, Phase Diagrams and Phase Transformations: Their Thermodynamic Basis, 2nd edition.; Cambridge University Press: Cambridge; New York, 2007.
相变驱动力计算
Note 1: are fixed values for phase, where .
Note 2: are fixed values for phase, where .
Note 3: and are taken as known value, and so are and .
表达形式一
对于多元两相体系,包含个组元,以及和两个相。假设相的成分为,而新相的成分为。根据Gibbs-Duhem关系,相相成分的能量切面可以表示为
同理,相相成分的能量切面可以表示为
根据驱动力的定义
即
表达形式二
采用扩散势也可以表示能量切面,如相和相相成分的能量切面可以表示为
驱动力可以表示为
两种表达形式的关系
以下为一个演算示例
# 能量数据为Pandat软件计算结果,Ni-Al体系的fcc与L12_fcc的计算结果,数据库为Pandat的镍基高温合金数据库。
x_matrix_al = 0.2
x_matrix_ni = 0.8
mu_matrix_al = -157793.0
mu_matrix_ni = -51148.8
gm_matrix = -72477.6
print("gm: ", gm_matrix, x_matrix_al * mu_matrix_al + x_matrix_ni * mu_matrix_ni)
x_l12_al = 0.24
x_l12_ni = 0.76
gm_l12 = -79069.11
mu_l12_al = -182955.13
mu_l12_ni = -46263.00
print("gm: ", gm_l12, x_l12_al * mu_l12_al + x_l12_ni * mu_l12_ni)
print("dp l12: ", mu_l12_al - mu_l12_ni)
driving_force_v1 = x_l12_al * (mu_matrix_al - mu_l12_al) + x_l12_ni * (mu_matrix_ni - mu_l12_ni)
print("driving_force_v1: ", driving_force_v1)
driving_force_v2 = gm_matrix - gm_l12 + (x_l12_al - x_matrix_al) * (mu_matrix_al - mu_matrix_ni)
print("driving_force_v2: ", driving_force_v2)
验算结果为
gm: -72477.6 -72477.64000000001
gm: -79069.11 -79069.1112
dp l12: -136692.13
driving_force_v1: 2325.703199999998
driving_force_v2: 2325.7419999999975
参考说明
