表面張力是多元高溫合金的重要物理化學(xué)特性，在表面化學(xué)、生物醫(yī)藥、高溫陶瓷等領(lǐng)域的研究和應(yīng)用中具有重要影響。例如，在金屬冶煉中，通過(guò)計(jì)算多元高溫合金的表面張力，精準(zhǔn)調(diào)控合金熔體在基底材料上的涂覆和滲透深度及速率，制備以多元合金為基底的耐高溫、抗氧化的多功能材料和超高溫陶瓷復(fù)合材料；高溫多元合金的提取與精煉、涂覆和滲透、表面活性劑的應(yīng)用、焊接和鑄造、金屬成形、納米材料制備等領(lǐng)域也與表面張力密切相關(guān)。高溫熔體作為可再生能源體系的重要傳熱介質(zhì)，因此快速、精準(zhǔn)地測(cè)量高溫熔體的表面張力對(duì)工程應(yīng)用具有重要意義。

目前，基于熱力學(xué)計(jì)算表面張力模型主要有：對(duì)稱幾何模型(Muggianu模型、Kohler模型)、非對(duì)稱模型(Toop模型、Hillert模型、Chou模型、Guggenheim模型，Butler模型Tamura模型)。這些計(jì)算模型方法存在如下缺陷：預(yù)測(cè)多元合金表面張力時(shí)，與實(shí)驗(yàn)值之間誤差大于10％；計(jì)算精度低，擬合參數(shù)與熱力學(xué)性質(zhì)無(wú)關(guān)，物理意義不明確，擬合參數(shù)在多元合金體系過(guò)多，計(jì)算程序復(fù)雜，實(shí)際運(yùn)算效率較低。特別是對(duì)高熔點(diǎn)的多元合金，傳統(tǒng)的模型無(wú)法精準(zhǔn)預(yù)測(cè)多元合金的表面張力。

因此，現(xiàn)有技術(shù)中存在對(duì)多元合金表面張力計(jì)算方法改進(jìn)的需求。

下面提出一種高溫多元合金表面張力的計(jì)算方法、裝置、設(shè)備及可讀介質(zhì)，通過(guò)高通量獲取熱力學(xué)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的無(wú)法精準(zhǔn)計(jì)算多元合金的表面張力、擬合參數(shù)無(wú)物理意義以及參數(shù)過(guò)多等技術(shù)問(wèn)題。

一種高溫多元合金表面張力的計(jì)算方法，包括以下步驟：

選取不同的合金體系，利用熱力學(xué)性質(zhì)，通過(guò)高通量迭代獲取并導(dǎo)出任意組分、溫度下的過(guò)剩吉布斯自由能的結(jié)果文件；

基于Butler模型對(duì)表相的偏摩爾過(guò)剩吉布斯自由能進(jìn)行修正以生成二元合金體系的表面張力模型；

檢索現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)獲取合金實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)值，利用所提出的基于熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算的表面張力模型，并結(jié)合合金實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)值進(jìn)行擬合計(jì)算最優(yōu)擬合參數(shù)，基于表面張力模型和最優(yōu)擬合參數(shù)計(jì)算高階多元合金的表面張力。

在一些實(shí)施方式中，通過(guò)高通量迭代獲取并導(dǎo)出任意組分、溫度下的過(guò)剩吉布斯自由能的結(jié)果文件包括：

選取不同的合金體系，利用基于Calphad的相圖熱力學(xué)和擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)計(jì)算程序Thermo-Calc，運(yùn)用語(yǔ)言編程讀取TDB文件，高通量迭代計(jì)算并導(dǎo)出任意組分、溫度下的過(guò)剩吉布斯自由能的結(jié)果文件。

在一些實(shí)施方式中，基于Butler模型對(duì)偏摩爾過(guò)剩吉布斯自由能進(jìn)行修正以生成二元合金體系的表面張力模型包括：

基于Butler模型對(duì)偏摩爾過(guò)剩吉布斯自由能進(jìn)行修正，計(jì)算多元合金理想液相下的表面張力、體相偏摩爾過(guò)剩吉布斯自由能對(duì)多元合金理想液相下的表面張力產(chǎn)生的偏析以及表相偏摩爾過(guò)剩吉布斯自由能對(duì)多元合金理想液相下的表面張力影響的修正項(xiàng)，以生成二元合金表面張力模型。

在一些實(shí)施方式中，二元合金表面張力模型為：

在一些實(shí)施方式中，檢索現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)獲取合金實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)值包括：

檢索Thermo-Calc數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)文獻(xiàn)獲得合金表面張力的實(shí)驗(yàn)值。

圖1為二元合金的表面張力計(jì)算與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比圖；

圖2為Ti-Zr-Hf三元合金表面張力的預(yù)測(cè)圖；

在一些實(shí)施方式中，利用所提出的基于熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算表面張力模型并結(jié)合合金實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)值進(jìn)行擬合計(jì)算最優(yōu)擬合參數(shù)包括：

利用語(yǔ)言編程讀取TDB文件，調(diào)用多元體系的結(jié)合合金實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)值和基于熱力學(xué)性質(zhì)的表面張力模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)值擬合，獲得最優(yōu)擬合參數(shù)Lij和Lijk。

在一些實(shí)施方式中，基于表面張力模型和最優(yōu)擬合參數(shù)計(jì)算高階多元合金的表面張力包括：

基于表面張力模型和最優(yōu)擬合參數(shù)Lij和Lijk計(jì)算高階多元合金的表面張力σ，計(jì)算公式如下：

其中，i＝1，2，3，……，n；and分別為組分i在體內(nèi)相和表層相的摩爾百分含量；R摩爾氣體常量(8.314J/mol/K)；T熱力學(xué)上的絕對(duì)溫度，K；Si純金屬i的表面積；σi純組分i的表面張力；σA為多元合金理想液相下的表面張力；σB為體相偏摩爾過(guò)剩吉布斯自由能對(duì)多元合金理想液相下的表面張力產(chǎn)生的偏析；σC為表相偏摩爾過(guò)剩吉布斯自由能對(duì)多元合金理想液相下的表面張力影響的修正項(xiàng)。

附：一種高溫多元合金表面張力的計(jì)算裝置，包括：

高通量計(jì)算模塊，配置用于選取不同的合金體系，利用熱力學(xué)性質(zhì)，通過(guò)高通量迭代獲取并導(dǎo)出任意組分、溫度下的過(guò)剩吉布斯自由能的結(jié)果文件；

第一修正模塊，配置用于基于Butler模型對(duì)表相的偏摩爾過(guò)剩吉布斯自由能進(jìn)行修正以生成二元合金體系的表面張力模型；

第二修正模塊，配置用于檢索現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)獲取合金實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)值，利用所提出的基于熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算的表面張力模型，并結(jié)合合金實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)值進(jìn)行擬合計(jì)算最優(yōu)擬合參數(shù)，基于表面張力模型和最優(yōu)擬合參數(shù)計(jì)算高階多元合金的表面張力。

此方法利用現(xiàn)有的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，基于新模型，從而精準(zhǔn)預(yù)測(cè)多元合金的表面張力，對(duì)精準(zhǔn)控制反應(yīng)滲透深度及速率制備超高溫陶瓷具有重要意義，能夠計(jì)算元素電子差異大的多元合金且熔點(diǎn)高于2000攝氏度的表面張力；預(yù)測(cè)精度高；與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比，相對(duì)誤差低于5％；擬合參數(shù)少，物理意義明確，計(jì)算方法簡(jiǎn)單，解決了算法復(fù)雜的困難；能夠預(yù)測(cè)多元合金指定成分、指定溫度下的表面張力數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)智能化高通量計(jì)算。