周刊 1997年1月创刊(总第322期) 第12卷 第14期 2008年4月1日出版


Friedel与Eshelby弹性能模型对医用Ti合金形成焓理论计算结果的影响★

王小丽1,廖树帜1,彭好军1,陈 佳1,吕云宾1,张 淳2,谢浩文1,欧阳义芳3,张邦维4,5


课题背景:为了解决多元合金形成焓的计算,作者以二元合金形成焓Miedema理论为基础,提出多元合金形成焓改进Miedema模型,并将该模型用于三元合金形成焓计算。本文将三元合金形成焓改进Miedema模型推广到三元以上的多元合金,并用于医用Ti基合金的形成焓计算,希望能对今后医用Ti基合金的制备和研究做理论准备。

应用要点:通过对医用Ti基合金形成焓的计算发现,在Ti基合金中加入非过渡金属Al或Sn,会显著降低形成焓的数值;对于Ti-Zr二元系合金形成焓,弹性成分的贡献最大,与合金形成焓中一般是化学成分贡献为主不同;另外,用Friedel模型比Eshelby模型计算的结果更接近实验测试值。

术语解析:焓的物理意义为在某一状态下气体所具有的总能量,它等于内能和压力势能之和。物质的总焓值必须包括形成焓和焓差两项。前者代表化学能,愈稳定的物质,其化学能阶愈低;后者代表与温度直接相关的物质内储能量,焓差意味着与标准状态下焓值的相差值,焓差大通常温度高。

摘要:①合金形成焓可以看成由三部分构成:第一部分是化学贡献,第二部分是弹性能的贡献,第三部分是合金结构对能量的贡献,因结构因素的效应很小,作为一级近似,在计算时将不予考虑。②选取43种商用医用Ti基合金及4个组分连续变化的合金系进行了计算,其中化学组分形成焓用改进型miedema模型计算;弹性形成焓用Friedel模型和Eshelby模型进行计算,将计算结果与已有的实验数据进行比较。③结果表明对医用钛基合金的形成焓来说,弹性形成焓较化学形成焓的贡献要大,Friedel模型计算的弹性形成焓比Eshelby模型结果更接近实验数据。
关键词:医用Ti基合金; 形成焓; 改进Miedema模型; Friedel模型; Eshelby模型

王小丽,廖树帜,彭好军,陈佳,吕云宾,张淳,谢浩文,欧阳义芳,张邦维.Friedel与Eshelby弹性能模型对医用Ti合金形成焓理论计算结果的影响[J].中国组织工程研究与临床康复,2008,12(14):2663-2666
[www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-14/14k-2663(ps).pdf]


1量子结构与调控教育部重点实验室,湖南师范大学物理系,湖南省长沙市 410081; 2湖南师范大学数学与计算机科学学院,湖南省长沙市 410081;3广西大学物理系,广西壮族自治区南宁市 530004; 4湖南大学应用物理系,湖南省长沙市 410081;5中国科学院国际材料物理中心,辽宁省沈阳市 110015

王小丽★,女,1982年生,汉族,湖南省永州市人,湖南师范大学在读硕士,主要从事材料学研究。

通讯作者:廖树帜,量子结构与调控教育部重点实验室,湖南师范大学物理系,湖南省长沙市 410081
liaosz@hunnu.edu.cn (S.Z.Liao)

中图分类号:R318
文献标识码:A
文章编号:1673-8225
(2008)14-02663-04

收稿日期:2008-01-11
修回日期:2008-02-28 (08-50-1-295/N·Y)


Influence of Friedel and Eshelby elastic enthalpy model on calculating the formation enthalpy of medical Ti-based alloys





Emergency Department of the First Hospital Affiliated to Lanzhou University, Lanzhou 730000, Gansu Province, China

Wang Jin-wen, Attending physician, Emergency Department of the First Hospital Affiliated to Lanzhou University, Lanzhou 730000, Gansu Province, China
wangjinwen120@
yahoo.com.cn

Correspondence to: Teng Yong-jun, Master, Associate chief physician, Emergency Department of the First Hospital Affiliated to Lanzhou University, Lanzhou 730000, Gansu Province, China
hans_tyj@126.com

Supported by: Research Program of Operating Expenses for Science of Gansu Province, No. QS061-C33-12*

Received: 2008-01-07
Accepted: 2008-03-26

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Abstract: ①The formation enthalpy of alloys can be viewed as three parts: The first part is the chemical contribution, the second part is the elastic energy contribution, and the third part is the structural contribution to the energy of an alloy. As a first approximation, the structural contribution will not be considered in the calculations.②Forty-three kinds of medical Ti-based alloy and four alloy systems including continuously changed compositions are used for the calculation. The chemical contribution is described by modified Miedema model, and the elastic contribution is calculated by Friedel model and Eshelby model. The calculated results are compared with the previous outcome.③The results show that the contribution of elastic enthalpy is bigger than that of chemical enthalpy in Ti-alloy systems. Also, the elastic formation enthalpy calculated by Friedel model is more close to experiment data than that by Eshelby model.

Wang XL, Liao SZ, Peng HJ, Chen J, Lü YB, Zhang C, Xie HW, Ouyang YF, Zhang BW.Influence of Friedel and Eshelby elastic enthalpy model on calculating the formation enthalpy of medical Ti-based alloys.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(14):2663-2666(China) [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-14/14k-2663(ps).pdf]

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