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)地測量高溫熔體的表面張力對工程應(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：對稱幾何模型(Muggianu模型、Kohler模型)、非對稱模型(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)無關(guān)，物理意義不明確，擬合參數(shù)在多元合金體系過多，計(jì)算程序復(fù)雜，實(shí)際運(yùn)算效率較低。特別是對高熔點(diǎn)的多元合金，傳統(tǒng)的模型無法精準(zhǔn)預(yù)測多元合金的表面張力。

因此，現(xiàn)有技術(shù)中存在對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)，通過高通量獲取熱力學(xué)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的無法精準(zhǔn)計(jì)算多元合金的表面張力、擬合參數(shù)無物理意義以及參數(shù)過多等技術(shù)問題。

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)，通過高通量迭代獲取并導(dǎo)出任意組分、溫度下的過剩吉布斯自由能的結(jié)果文件；

基于Butler模型對表相的偏摩爾過剩吉布斯自由能進(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，通過高通量迭代獲取并導(dǎo)出任意組分、溫度下的過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模型對偏摩爾過剩吉布斯自由能進(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模型對偏摩爾過剩吉布斯自由能進(jìn)行修正，計(jì)算多元合金理想液相下的表面張力、體相偏摩爾過剩吉布斯自由能對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剩吉布斯自由能對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)庫獲取合金實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)值包括：

檢索Thermo-Calc數(shù)據(jù)庫和實(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)值的對比圖；

圖2為Ti-Zr-Hf三元合金表面張力的預(yù)測圖；

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為體相偏摩爾過剩吉布斯自由能對多元合金理想液相下的表面張力產(chǎn)生的偏析；σC為表相偏摩爾過剩吉布斯自由能對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)，通過高通量迭代獲取并導(dǎo)出任意組分、溫度下的過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模型對表相的偏摩爾過剩吉布斯自由能進(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)測多元合金的表面張力，對精準(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)測精度高；與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比，相對誤差低于5％；擬合參數(shù)少，物理意義明確，計(jì)算方法簡單，解決了算法復(fù)雜的困難；能夠預(yù)測多元合金指定成分、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。