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Diffusion and interdiffusion in binary metallic melts

Kuhn, Philipp und Horbach, Jürgen und Kargl, Florian und Meyer, Andreas und Voigtmann, Thomas (2014) Diffusion and interdiffusion in binary metallic melts. Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics, 90, 024309. American Physical Society. doi: 10.1103/PhysRevB.90.024309. ISSN 1098-0121.

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Kurzfassung

We discuss the dependence of self- and interdiffusion coefficients on temperature and composition for two prototypical binary metallic melts, Al-Ni and Zr-Ni, in molecular-dynamics (MD) computer simulations and the mode-coupling theory of the glass transition (MCT). Dynamical processes that are mainly entropic in origin slow down mass transport (as expressed through self diffusion) in the mixture as compared to the ideal-mixing contribution. Interdiffusion of chemical species is a competition of slow kinetic modes with a strong thermodynamic driving force that is caused by non-entropic interactions. The combination of both dynamic and thermodynamic effects causes qualitative differences in the concentration dependence of self-diffusion and interdiffusion coefficients. At high temperatures, the thermodynamic enhancement of interdiffusion prevails, while at low temperatures, kinetic effects dominate the concentration dependence, rationalized within MCT as the approach to its ideal-glass transition temperature $T_c$. The Darken equation relating self- and interdiffusion qualitatively reproduces the concentration-dependence in both Zr-Ni and Al-Ni, but quantitatively, the kinetic contributions to interdiffusion can be slower than the lower bound suggested by the Darken equation. As temperature is decreased, the agreement with Darken's equation improves, due to a strong coupling of all kinetic modes that is a generic feature predicted by MCT.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/90081/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Diffusion and interdiffusion in binary metallic melts
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kuhn, PhilippPhilipp.Kuhn (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Horbach, JürgenUniversität DüsseldorfNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kargl, Florianflorian.kargl (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Meyer, Andreasandreas.meyer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Voigtmann, Thomasthomas.voigtmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2014
Erschienen in:Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
Band:90
DOI:10.1103/PhysRevB.90.024309
Seitenbereich:024309
Verlag:American Physical Society
ISSN:1098-0121
Status:veröffentlicht
Stichwörter:mode coupling theory, diffusion, interdiffusion, metallic melts, alloys, Zr-Ni, Al-Ni, molecular dynamics simulation, Darken equation
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben Materialwissenschaftliche Forschung (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Materialphysik im Weltraum
Hinterlegt von: Voigtmann, Dr.rer.nat. Thomas
Hinterlegt am:04 Aug 2014 14:12
Letzte Änderung:29 Nov 2023 13:38

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