Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Diffusion Path in Ternary One-Phase Systems: An Overview

Serafin D., Nowak W. J., Wierzba P., Wędrychowicz S., Wierzba Bartek

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2020

|

Vol. 44, nr 1

1--8

EN

In this article, the fundamental questions concerning the diffusion path, in particular, what is the shape of diffusion path in ternary systems and how to approximate it from the initial concentration profile, will be answered. The new rules were found which allow for determining the diffusion path from a known initial concentration of the components. This approximation will allow for designing new materials without a time-consuming numerical simulation of the full system of equations. It is shown that the difference in intrinsic diffusion coefficients determines the up-hill diffusion.

2

Ewolucja strefy dwufazowej podczas dyfuzji wzajemnej w stopach potrójnych

Tkacz-Śmiech K., Wierzba B., Nowotnik A., Danielewski M.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

907--910

PL

W pracy zaproponowano metodę umożliwiającą symulację wzrostu dwufazowej warstwy podczas procesu dyfuzji wzajemnej w układzie potrójnym. Przedstawiony został model transportu masy w ciele stałym uwzględniający, zgodnie z metodą Darkena, dryft materiału i dyfuzję poszczególnych składników. Obecność faz współistniejących w obszarze dwufazowym opisano przez wprowadzenie parametru uporządkowania równego objętościowemu udziałowi wybranej fazy. Przedstawiona metoda pozwala obliczyć profile stężeń pierwiastków oraz wyznaczyć ścieżkę dyfuzji. Ponadto metoda umożliwia wyznaczenie przestrzennego rozkładu szybkości produkcji entropii. W pracy pokazano, że lokalne maksima szybkości produkcji entropii określają położenie i szerokość dwufazowej strefy tworzonej w dyfuzji. Wraz z wydłużeniem czasu procesu maksima te zmieniają położenie, co oznacza zmianę grubości warstwy dwufazowej. Jednocześnie wartości maksimów szybkości produkcji entropii maleją, co należy wiązać ze zmniejszeniem siły napędowej procesu. Zastosowanie modelu i przykładowe wyniki zostały przedstawione dla modelowego, potrójnego układu A-B-C, dla którego symulowano ewolucję strefy dyfuzyjnej. Przykładowe obliczenia wykonano również dla rzeczywistego układu Ni-Cr-Al, dla którego analizowano tworzenie strefy dwufazowej w procesie aluminiowania stopu MAR-M200 + Hf. Uzyskane wyniki porównano z danymi eksperymentalnymi. Wyniki potwierdzają, że produkcja entropii i szybkość produkcji entropii, które są jednymi z podstawowych pojęć termodynamiki procesów nieodwracalnych i układów nierównowagowych, stanowią użyteczne narzędzie w opisie dyfuzji w procesach o kluczowym znaczeniu dla technologii materiałów, w których ma miejsce dyfuzja wzajemna składników.

EN

An objective of this paper is to predict the formation of two-phase zone during interdiffusion in a ternary diffusion couple. A respective model is formulated within bi-velocity method, including diffusion and drift fluxes. It allows calculating the evolution of the concentration profiles, diffusion path and phase volume fractions in the diffusion zone. Basing on the fundamental equations, the local entropy production during the diffusion process can be also calculated. It is shown that the maxims of the spatial distribution of the local entropy production rate correspond to the intersections between the diffusion path and the phase boundaries. Consequently, the location and thickness of the two-phase zone can be determined from the positions of these maxims. They move with time which agrees with the changes of the thickness of the two phase layer during processing. As the system reaches equilibrium, the maxims vanish. Such result confirms that entropy production and entropy production rate, which present a key concept of nonequilibrium thermodynamics, are useful tools in forseeing the evolution of the systems during interdiffusion in multicomponent multiphase systems. The potential application of the model to simulate the kinetics of the interdiffusion is illustrated for the arbitrary ternary diffusion couple. The calculations have been also made for a real Ni-Cr-Al system. The results are compared with experimental data from aluminization of MARM200 + Hf alloy.

3

Modelowanie i symulacje obróbki cieplno-chemicznej superstopów na bazie niklu

Tkacz-Śmiech K., Wierzba B., Nowotnik A., Danielewski M.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 6

613--617

PL

Modyfikacja warstwy wierzchniej metali i stopów na drodze obróbki cieplno- chemicznej prowadzi do wytworzenia strefy dyfuzyjnej o złożonej morfologii. W pracach poświęconych temu zagadnieniu wprowadza się pojęcie noszona na diagram równowagi fazowej, która pozwala odtworzyć zmiany średniego składu chemicznego w przekroju strefy dyfuzyjnej, w kierunku równoległym do strumienia masy. Łączy punkty reprezentujące wyjściowe składy chemiczne badanej pary dyfuzyjnej i może przechodzić przez pola stabilności czystych faz oraz pola równowagi dwóch i trzech faz. W prezentowanej pracy przedstawiono spójny model dyfuzji wzajemnej w układzie trójskładnikowym, który pozwala wyznaczyć ścieżkę dyfuzji i przewidywać zmiany stężenia pierwiastków w przekroju pary dyfuzyjnej. Model bazuje na obliczeniach strumieni dyfuzji poszczególnych składników z zastosowaniem metody dwóch prędkości, postulującej istnienie lokalnej prędkości dryftu w materiale. W obliczeniach wykorzystano model pól fazowych, co pozwoliło uwzględnić transport masy przez wszystkie fazy, jakie mogą się tworzyć w układzie (również w obszarze dwufazowym). Proponowany model został zilustrowany na przykładzie dyfuzji w potrójnym układzie Ni-Cr-Al o szczególnym znaczeniu w badaniach nad otrzymywaniem, stabilnością i budową warstw aluminidkowych na superstopach niklu. Wyznaczono ścieżkę dyfuzji oraz profil zmian składu chemicznego w przekroju próbki (rys. 1), a uzyskane rezultaty porównano z danymi eksperymentalnymi. Wyniki potwierdzają, że w badanym układzie w procesie dyfuzji mogą się tworzyć obszary dwufazowe o złożonej morfologii.

EN

When a surface layer of metal or metallic alloy is subjected to thermochemical modification, then a diffusion zone of complex morphology can grow. In the papers dedicated to that problem, a concept of diffusion path is introduced. For ternary systems, it is a curve plotted on the isothermal section of the phase diagram, which allows predicting the element-distribution profiles in the direction parallel to mass transport. It connects the initial terminal compositions of the diffusion couple and can cross both single- and two- or three-phase fields. In this work, a consistent description of interdiffusion in the ternary system is presented. It allows predicting diffusion path and element-distribution profiles along x-axis parallel to the mass transport direction. In the proposed model, the mass fluxes of all elements are calculated with application of bivelocity method, predicting an existence of the local drift in the material. The mass transport through all phases which can grow in the system is considered. The current model has been applied to Ni-Cr-Al system of special interest in the studies on technology, stability and structure of aluminide layers on nickel superalloys. The diffusion path and element-distribution profiles have been calculated (Fig. 1). The results have been compared with experimental data. They confirm that the two-phase zone of complex morphology can really grow in the system under consideration.