[发明专利]一种预测3D打印多主元合金相稳定性及相分数的方法

权利要求书

1.一种预测3D打印多主元合金相稳定性的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)获得不同多主元合金的晶胞体积-能量曲线；

(2)根据步骤(1)所得的晶胞体积-能量曲线，求解不同组分的平衡态的物理参数；

(3)计算混合焓、熵、凝固驱动力；

(4)耦合焓、熵以及凝固驱动力对混合摩尔吉布斯自由能的影响，建立非平衡快速凝固下相的稳定性预测模型，根据模型对激光增材制造不同过冷度多主元合金相的稳定性进行预测。

2.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于：所述步骤(1)中，采用精确Muffin-Tin轨道-相干势近似方法计算0K时自洽电子结构以及不同体积对应的晶体结构总能量，通过迭代使得计算收敛，获得多主元合金的晶胞体积-能量曲线。

3.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于：所述步骤(2)中，平衡态物理参数包括体积、能量、体模量及组元的局部磁矩，其利用三阶Birch-Murnaghan状态方程对不同合金成分的晶胞体积-能量曲线进行拟合，获得不同组分的平衡态体积、能量及体模量，利用无序局部矩确定合金在平衡体积下的非零局部磁矩。

4.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于：步骤(3)中，所述混合焓的计算公式为

式中，c_i和c_j分别表示第i和第j个元素的原子百分比，n表示主元个数。表示二元合金的混合焓。

5.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于：步骤(3)中，所述熵包括组态熵、磁熵和振动熵，其中组态熵的计算公式为：

式中，k_B为玻尔兹曼常数，c_i为组成元素i的原子百分比；

磁熵的计算公式为：

式中，μ_i为组成元素i的局部磁矩。

振动熵的计算公式为：

式中，T为温度，D(x)表示德拜方程，x＝Θ_D(V)/T，Θ_D表示德拜温度。

6.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于：步骤(3)中，所述凝固驱动力的计算公式为

式中，L_m是熔化热，表示固相转变为液相时体系向环境吸热，定义为正值，ΔT是过冷度，T_m是合金的熔点，T表示实际凝固温度。

7.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于：步骤(4)中，建立非平衡快速凝固下相的稳定性预测模型的步骤包括：

(1)选择其中一种竞争相在0K时的亥姆霍兹自由能作为参考态，在低温时，考虑混合焓对混合吉布斯自由能的影响：

式中，F(V,T)表示亥姆霍兹自由能，是其中一种相(如α相)的凝固驱动力；

(2)选择其中一种竞争相在0K时的亥姆霍兹自由能作为参考态，在高温时，忽略混合焓对混合吉布斯自由能的影响：

8.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于：所述预测3D打印多主元合金相稳定性是通过所述混合吉布斯自由能获得各种相在稳态时的自由能-成分曲线，利用公切线原理对合金在不同温度下相稳定性进行判断。

9.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于：所述预测方法适用于3D打印双相或多相多主元合金的相稳定性预测。

10.一种预测3D打印多主元合金相分数的方法，其特征在于：根据权利要求1-9任意一项所述的预测3D打印多主元合金相稳定性的方法，通过步骤(4)中建立的模型，获得各种相在稳态时的自由能-成分曲线，利用自由能-成分曲线的公切线获得各种相在稳定态时的成分；利用杠杆法则对不同温度下多主元合金中各种相的分数进行计算。