КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
STRUCTURAL MATERIALS
НАНОСТРУКТУРЫ
NANOSTRUCTURES
Статья поступила в редакцию 27.02.15. Ред. per. № 2190 УДК 539.21
The article has entered in publishing office 27.02.15. Ed. reg. No. 2190
СТАТИСТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ДАЛЬНЕГО И БЛИЖНЕГО УПОРЯДОЧЕНИЯ В ТРОЙНЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРАХ ЗАМЕЩЕНИЯ
1 2 2 1 З.А. Матысина , С.Ю. Загинайченко , Д.В. Щур , Д.А. Зарицкий
'Днепропетровский национальный университет им. О. Гончара Украина 49010, Днепропетровск, пр. Гагарина, 72 2Институт проблем материаловедения им И.Н. Францевича HAH Украины Украина 03142, Киев, ул. Кржижановского, 3 fax: 38 (044) 424-0381; e-mail: shurzag@materials.kiev.ua
doi: 10.15518/isjaee. 2015.04.004
Заключение совета рецензентов: 06.03.15 Заключение совета экспертов: 12.03.15 Принято к публикации: 19.03.15
В рамках квазихимического приближения разработана статистическая теория атомного упорядочения, дальнего и ближнего, в тройных твердых растворах замещения АВ3 + С с ГЦК кристаллической решеткой L12 типа Cu3Au в предположении, что атомы С располагаются в узлах обоих типов, законных для атомов А и В. На основании молекулярно-кинетических представлений в результате проведенных расчетов найдена свободная энергия ГЦК сплава замещения в зависимости от состава, температуры, параметров порядка и энергетических констант с использованием некоторых упрощающих предположений. В расчетах использовался квазихимический метод, приближение парного взаимодействия ближайших соседних атомов с учетом ближнего их упорядочения. Рассчитаны параметры корреляции в зависимости от температуры, состава сплава, степени дальнего упорядочения и энергетических констант, выяснены их функциональные зависимости, построены графики. Результаты расчетов сопоставлены с литературными экспериментальными данными для этих сплавов.
Проведенное исследование параметров корреляции в тройных твердых растворах замещения показало, что добавление третьего компонента С к сплаву АВ3 может существенно повлиять на степень ближнего порядка в расположении атомов и, следовательно, привести к изменению его физических свойств. Знание из независимых экспериментов энергетических параметров взаимодействия атомов в сплаве может позволить с помощью полученных формул рассчитать требуемое количество определенного сорта примеси, необходимой для получения сплава с заданной степенью ближнего и дальнего порядка.
Ключевые слова: статистическая теория, квазихимический метод, тройные твердые растворы замещения, параметры корреляции, дальний и ближний порядок, энергетические параметры межатомного взаимодействия.
STATISTICAL THEORY OF LONG- AND SHORT-RANGE ORDERING IN TERNARY SOLID SOLUTIONS OF SUBSTITUTION
1 2 2 1 Z.A. Matysina , S. Yu. Zaginaichenko , D.V. Schur , D.A. Zarits 'kyy
'Gonchar Dnepropetrovsk^ National University 72 Gagarin Ave., Dnipropetrovsk 10, 49010 Ukraine
2
Frantsevich Institute for Problems of Materials Science of NAS of Ukraine 3 Krzhyzhanovsky Str., Kyiv 03142, Ukraine ph./fax: +38 (044) 424-03-81, email: shurzag@materials.kiev.ua, shurzag@ipms.kiev.ua
International Scientific Journal for . 04 (168) Международный научный журнал
Alternative Energy and Ecology ^йзд; I К \ <—' r-> "201s «Альтернативная энергетика и экология»
© Scientific Technical Centre «ТАТА», 2015 —j—1 © Научно-технический центр «TATA», 2015
Referred 06 March 2015 Received in revised form 12 March 2015 Accepted 19 March 2015
The statistical theory of atomic ordering, long- and short-range, in ternary substitutional solid solutions AB3+C with fcc crystal lattice L12 of the Cu3Au type has been elaborated within the quasi-chemical approximation on the assumption that C atoms are located in the sites of both types, legal for A and B atoms. On the basis of molecular-kinetic concepts using some simplifying assumptions the free energy of the fcc substitutional alloy in dependence on the composition, temperature, correlation parameters and energetic constants has been found as a result of the calculations. The quasichemical method, the approximation of pair-interaction of the nearest neighboring atoms have been used in calculations taking into account short-range ordering. The correlation parameters has been calculated depending on the temperature, alloy composition, degree of long-range order and energy constants, their functional dependences have been elucidated, the plots have been constructed. The calculation results have been compared with the published experimental data for these alloys.
The performed study of the correlation parameters in ternary substitutional solid solutions has showed that the addition of a third component C to the alloy AB3 can substantially affect the degree of short-range order in the atoms arrangement and, therefore, lead to changes in its physical properties. The knowledge from independent experiments of energetic parameters of atomic interaction in the alloy can allow by the use of derived formulae to calculate the required amount of impurity of the certain type necessary to produce alloy with the predetermined degree of short-and long-range order.
Key words: statistical theory, quasi-chemical method, ternary solid solution of substitution, correlation parameters, long- and short-range order, energy parameters of interatomic interaction.
tmrnu
Матысина Зинаида
Альфредовна Zinaida A. Matysina
Сведения об авторе: д. ф.-м. н., профессор Днепропетровского национального университета имени О. Гончара.
Образование: Днепропетровский национальный университет по специальности «Физик. Преподаватель физики» (1944-1949); Институт металлофизики HAH Украины, аспирантура (1949-1952).
Область научных интересов: физико-математические методы исследования свойств твердого тела, создание статистической теории атомного упорядочения в сложных структурах многокомпонентных систем и изучение влияния на надструктурные фазовые превращения разных типов третьего компонента (вакансии, бива-кансии, примеси замещения и внедрения и др.).
Публикации: 680.
Information about the author: D.Sci. (Physics and Mathematics), Professor of O. Gonchar Dnipropetrovsk National University.
Education: Dnepropetrovsk National University with degree of Physicist, Teacher of Physics (1944-1949); Institute of metal-physics of NAS of Ukraine, Kiev, postgraduate studies (1949-1952). Ph.D. (Physical and Mathematical sciences (1955).
Area of researches: physical and mathematical methods of studying of solids properties, statistical theory of atomic ordering in the complex structures of multicomponent systems and study the effect of different types of third component (vacancies, bivacancies, substitutional and interstitial impurities et al.) on structural phase transitions.
Publications: 680.
M, О Ü
- с -
с О
Загинайченко Светлана Юрьевна Svetlana Yu. Zaginaichenko
Сведения об авторе: д. ф.-м. н., ведущий научный сотрудник отдела № 67 Института проблем материаловедения HAH Украины.
Образование: Днепропетровский национальный университет по специальности «Физик. Преподаватель физики» (1974-1979); Днепропетровский металлургический институт, аспирантура (19791982).
Область научных интересов: физические свойства металлов, упорядоченных сплавов, фуллеренов на уровне молеку-лярно-кинетической теории, теоретическое изучение фазовых превращений в системах металл-водород и углеродных материалах, определение растворимости водорода в этих твердых телах, сравнение теоретических результатов с экспериментальными данными.
Публикации: до 500, в том числе 7 монографий.
Information about the author: professor, senior researcher of laboratory No 67 "Investigation of processes and systems of hydrogen and solar-hydrogen energy transformation" in Institute for Problems of Materials Science of NAS of Ukraine, Kiev.
Education: Dnepropetrovsk National University with degree of Physicist, Teacher of Physics (1974-1979); Dnepropetrovsk Metallurgical Institute, postgraduate studies (1979-1982). Ph.D. (Physical and Mathematical sciences (1985).
Experience: Dnepropetrovsk Metallurgical Institute, scientific worker (1983-1986), physics lecturer (19861990), professor (1990-1994); Institute for Problems of Materials Science of NAS of Ukraine, Kiev, Ukraine, senior researcher (1994-present).
Area of researches: physical properties of metals, ordering alloys, fullerenes on the level of molecular-kinetic idea, theory of phase transformations in metal-hydrogen systems and carbon materials, determination of hydrogen solubility in these solids, comparison of theoretical results with experimental data.
Publications: more than 400 papers in scientific journals, 7 monographs.
-O
N
Щур Дмитрий
Викторович Dmitry V. Schur
Дмитрий Александрович Зарицкий Dmytro A. Zarits 'kyy
Сведения об авторе: к. х. н., зав. отделом № 67 «Водородного материаловедения и углеродных наноструктур» Института проблем материаловедения HAH Украины.
Образование: Киевский политехнический институт по специальности «Химик-технолог» (1980-1985); Институт проблем материаловедения HAH Украины, аспирантура (19861990).
Область научных интересов: водородное материаловедение и углеродные наноструктуры (синтез, свойства и применение), водородная и углеродная плазма, изучение особенностей процессов гидрирования материалов и углеродных наноструктур, применение материалов в качестве систем для хранения водорода.
Публикации: более 500, в том числе 7 монографий и 4 патента.
Сведения об авторе: аспирант Днепропетровского национального университета.
Образование: Днепропетровский национальный университет по специальности «Физик. Преподаватель физики» (2008-2013) и аспирантура (2013-2016).
Область научных интересов: теоретическое изучение влияния концентрации и типов третьего компонента в сплаве на ряд физических свойств. Публикации: 8.
Information about the author: professor, chief of laboratory No 67 "Investigation of processes and systems of hydrogen and solar-hydrogen energy transformation" in Institute for Problems of Materials Science of NAS of Ukraine, Kiev.
Education:
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.