Nghiên cứu nhiệt độ nóng chảy của hợp kim Fe-18wt%Si dưới áp suất cao

Chỉ số đề mục

Lĩnh vực nghiên cứu

10403 - Hoá lý

Dạng tài liệu

Tác giả

Nguyễn Thị Hồng, Trần Văn Hà, Nguyễn Phước Thể⁽¹⁾, Hồ Khắc Hiếu⁽²⁾

Nhan đề

Nghiên cứu nhiệt độ nóng chảy của hợp kim Fe-18wt%Si dưới áp suất cao

Nhan đề tiếng anh

Investigation of melting temperature of Fe-18wt%Si alloy under high pressure

Nguồn trích

Tạp chí khoa học và công nghệ - Trường Đại Duy Tân

Năm xuất bản

2022

Số

51

Trang

26-30

ISSN

1859-4905

Từ khóa

Áp suất cao, FeSi, Hệ số Grüneisen, Đường cong nóng chảy, Điều kiện nóng chảy Lindemann

Từ khóa tiếng anh

High pressure, FeSi, Grüneisen parameter, Melting curves, Lindemann criterion

Tóm tắt

Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất đến nhiệt độ nóng chảy của hợp kim Fe-18wt%Si. Dựa trên sự kết hợp giữa biểu thức phụ thuộc thể tích của hệ số Grüneisen và điều kiện nóng chảy Lindemann chúng tôi thu được biểu thức tường minh, phụ thuộc thể tích, của nhiệt độ nóng chảy. Sử dụng phương trình trạng thái Vinet chúng tôi có thể đánh giá ảnh hưởng của áp suất đến nhiệt độ nóng chảy. Kết quả tính toán số cho hợp kim Fe-18wt%Si đến áp suất 100 GPa cho thấy sự phù hợp khá tốt với các số liệu thực nghiệm thu thập được. Nghiên cứu này chỉ ra khả năng kết hợp các nghiên cứu về hệ số Grüneisen và điều kiện nóng chảy Lindemann trong nghiên cứu nhiệt độ nóng chảy của các vật liệu ở áp suất cao.

Tóm tắt tiếng anh

In this work, we investigate the pressure effects on melting temperature of Fe-18wt%Si alloy. Based on the combination of the volume-dependent Grüneisen parameter and the Lindemann criterion of melting we derive the analytical expression of volume-dependent melting temperature. The Vinet equation-of-state is then applied to evaluate the pressure effects on melting temperature. Numerical calculations are performed for Fe-18wt%Si alloy up to pressure 100 GPa. Our results are compared with those of available experimental data showing the good and reasonable agreements. This research proposes the potential of the combination of the Grüneisen parameter and the Lindemann melting criterion on predicting high-pressure melting of materials.

Kí hiệu kho

TTKHCNQG, CVv 416

File toàn văn

Xem toàn văn

Tài liệu tham khảo

[1] G. Aquilanti, A. Trapananti, A. Karandikar, I. Kantor, C. Marini, O. Mathon, S. Pascarelli, R. Boehler (2015), “Melting of iron determined by X-ray absorption spectroscopy to 100 GPa,”,Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 112, no. 39, pp. 12042–12045
[2] J. M. Jackson, W. Sturhahn, M. Lerche, J. Zhao, T. S. Toellner, E. E. Alp, S. V. Sinogeikin, J. D. Bass, C. A. Murphy, and J. K. Wicks (2013), “Melting of compressed iron by monitoring atomic dynamics,”,Earth and Planetary Science Letters, vol. 362, pp. 143–150
[3] H. K. Hieu (2014), “Systematic prediction of high-pressure melting curves of transition metals,”,Journal of Applied Physics, vol. 116, no. 16, p. 163505
[4] Y. Kuwayama and K. Hirose (2004), “Phase relations in the system Fe-FeSi at 21 GPa,”,American Mineralogist, vol. 89, no. 2–3, pp. 273–276
[5] E. Edmund (2018), “The Elasticity of Iron Alloys at Extreme Conditions,”,Sorbonne Université
[6] J. Zhang and F. Guyot (1999), “Thermal equation of state of iron and Fe0.91Si0.09,”,Physics and Chemistry of Minerals, vol. 26, no. 3, pp. 206–211
[7] Y. Wang, R. Ahuja, B. Johansson (2001), “Melting of iron and other metals at earth’s core conditions: A simplified computational approach,”,Phys. Rev. B, vol. 65, no. 1, p. 014104
[8] L. V. Al’tshuler, S. E. Brusnikin, E. A. Kuz’menkov (1987), “Isotherms and Grüneisen functions for 25 metals,”,Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, vol. 28, no. 1, pp. 129–141
[9] A. Dewaele, P. Loubeyre, F. Occelli, M. Mezouar, P. I. Dorogokupets, and M. Torrent, (2006), “Quasihydrostatic Equation of State of Iron above 2 Mbar,”,Phys. Rev. Lett., vol. 97, no. 21, p. 215504
[10] M. J. Graf, C. W. Greeff, and J. C. Boettger (2004), “HighPressure Debye-Waller and Grüneisen Parameters of Gold and Copper,”,AIP Confer. Proc., vol. 706, no. 1, pp. 65–68, 2004.
[11] P. Vinet, J. Ferrante, J. H. Rose, and J. R. Smith (1987), “Compressibility of solids,”,Journal of Geophysical Research: Solid Earth, vol. 92, no. B9, pp. 9319– 9325, 1987
[12] F. A. Lindemann (1910), “The calculation of molecular vibration frequencies,”,Physik. Z, vol. 11, pp. 609– 612, 1910.
[13] J.-F. Lin, A. J. Campbell, D. L. Heinz, G. Shen (2003), “Static compression of iron-silicon alloys: Implications for silicon in the Earth’s core,”,Journal of Geophysical Research: Solid Earth, vol. 108, no. B1, 2003.
[14] H. Asanuma, E. Ohtani, T. Sakai, H. Terasaki, S. Kamada, T. Kondo, and T. Kikegawa (2010), “Melting of iron-silicon alloy up to the core-mantle boundary pressure: implications to the thermal structure of the Earth’s core,”,Physics and Chemistry of Minerals, vol. 37, no. 6, pp. 353–359, 2010
[15] H. Yang, R. A. Secco (1999), “Melting boundary of Fe17%Si up to 5.5 GPa and the timing of core formation,”,Geophysical Research Letters, vol. 26, no. 2, pp. 263–266, 1999
[16] G. Weck, V. Recoules, J.-A. Queyroux, F. Datchi, J. Bouchet, S. Ninet, G. Garbarino, M. Mezouar, and P. Loubeyre (2020), “Determination of the melting curve of gold up to 110 GPa,”,Phys. Rev. B, vol. 101, no. 1, p. 014106, Jan. 2020.
[17] D. Santamaría-Pérez, M. Ross, D. Errandonea, G. D. Mukherjee, M. Mezouar, R. Boehler (2009), “X-ray diffraction measurements of Mo melting to 119 GPa and the high pressure phase diagram,”,J. Chem. Phys., vol. 130, no. 12, 2009.
[18] Y. Ping, F. Coppari, D. G. Hicks, B. Yaakobi, D. E. Fratanduono, S. Hamel, J. H. Eggert, J. R. Rygg, R. F. Smith, D. C. Swift, D. G. Braun, T. R. Boehly, and G. W. Collins (2013), “Solid Iron Compressed Up to 560 GPa,”,Phys. Rev. Lett., vol. 111, no. 6, p. 065501, Aug. 2013.
[19] J. H. N., N. C. Holmes (2004), “Melting of iron at the physical conditions of the Earth’s core,”,Nature, vol. 427, pp. 339–342
[20] Y. Fei (2013), “Melting Earth’s Core,”,Science, vol. 340, no. 6131, pp. 442–443
[21] S. Anzellini, A. Dewaele, M. Mezouar, P. Loubeyre, G. Morard (2013), “Melting of Iron at Earth’s Inner Core Boundary Based on Fast X-ray Diffraction,”,Science, vol. 340, no. 6131, pp. 464–466, 2013
[22] H. K. Hieu, N. N. Ha (2013), “High pressure melting curves of silver, gold and copper,”,AIP Advances, vol. 3, no. 11, p. 112125, 2013.