Термодинамічні властивості рідких сплавів потрійних систем Al-Cu-Si, Al-Fe-Si та Al-Fe-Ge

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

 

УДК 669. 715: 541. 11-14

 

КАНІБОЛОЦЬКИЙ ДМИТРО СЕРГІЙОВИЧ

 

 

02. 00. 04 – фізична хімія

 

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук

 

Київ – 2002

 

Дисертацією є рукопис. 

Робота виконана на кафедрі фізичної хімії Київського університету імені Тараса Шевченка.

Науковий керівник: доктор хімічних наук, професор Бєлобородова Олена Арсеніївна, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, професор кафедри фізичної хімії.

Офіційні опоненти: доктор хімічних наук, старший науковий співробітник Туркевич Володимир Зіновійович, Інститут надтвердих матеріалів імені В. М. Бакуля НАН України (м. Київ), заступник директора з наукової роботи кандидат хімічних наук Іванов Михайло Ігоревич, Інституту проблем матеріалознавства імені І. М. Францевича НАН України (м. Київ), старший науковий співробітник відділу фізичної хімії неорганічних матеріалів.

Провідна організація: Львівський національний університет імені Івана Франка (м. Львів).

Захист відбудеться “28” жовтня 2002 р. о “14” год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26. 001. 03 в Київському національному університету імені Тараса Шевченка (01033, Київ, вул. Володимирська, 60, хімічний факультет, Велика хімічна аудиторія).

  

 

Актуальність теми. Алюмінієві сплави широко застосовуються в промисловості переважно як легкі конструкційні матеріали. Вони характеризуються високою теплопровідністю та зносостійкістю, низькою питомою вагою та здатністю зберігати фізичні та механічні властивості при нагріванні. Алюмінієві сплави мають цінні ливарні властивості, які дозволяють отримувати з них складні литі деталі.

Особливий інтерес являє термодинамічне вивчення сплавів алюмінію з германієм або силіцієм, які містять 3d-метал. При швидкому гартуванні з рідкого стану вони схильні до формування аморфних фаз. Такі аморфні сплави при ізотермічній витримці поблизу температури кристалізації здатні утворювати цінні для матеріалознавства композитні матеріали, які містять наночастки кристалічної фази. Тому вивчення термодинамічних властивостей сплавів Al-Ge (Si) -3d-метал має велике значення для з’ясування факторів, що впливають на їх аморфізацію. Згідно з Концепцією розвитку гірничо-металургійного комплексу України до 2010 року (385/95-ВР), “розроблення наукових основ створення нових матеріалів із заданими властивостями, у тому числі аморфних” є одним з приоритетних напрямків науково-технічного забезпечення металургійної промисловості України.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на кафедрі фізичної хімії Київського національного університету імені Тараса Шевченка у межах держбюджетних тем № 180 “Термодинамічні властивості рідких сплавів потрійних систем германію та кремнію” (№ держреєстрації 0194U024205) та № 97082 “Термодинаміка сплавоутворення потрійних систем алюмінію з р- і d-металами періодичної системи” (№ держреєстрації 0197U003067).

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є одержання даних з термодинамічних властивостей рідких сплавів потрійних систем Al-Cu-Si, Al-Fe-Si та Al-Fe-Ge різними експериментальними методами; встановлення концентраційного та температурного ходу термодинамічних функцій змішування в цих сплавах; аналіз зв’язку між характером взаємодії компонентів в потрійних і відповідних граничних подвійних системах; визначення кореляції між концентраційними залежностями термодинамічних функцій змішування та характером фазових рівноваг в потрійних сплавах; прогнозування на основі вивчених термодинамічних характеристик схильності до аморфізації сплавів досліджених систем.

Об’єкт дослідження – рідкі сплави Al-Cu-Si, Al-Fe-Si та Al-Fe-Ge.

Предмет дослідження:

- визначення ентальпії змішування в потрійних системах Al-Cu-Si, Al-Fe-Si, Al-Fe-Ge та в граничних подвійних системах Al-Si, Al-Cu, Fe-Ge тa Fe-Si;

- визначення термодинамічної активності алюмінію, парціальної та інтегральної енергії Гіббса та ентропії змішування в рідких сплавах систем Al-Cu-Si, Al-Fe-Si та Al-Fe-Ge;

- проведення розрахунку інтегральних ентальпій та надлишкових енергій Гіббса змішування в системах Al-Cu-Si, Al-Fe-Si та Al-Fe-Ge на основі термодинамічних характеристик граничних подвійних систем;

- оцінка схильності до аморфізації сплавів вивчених систем при гартуванні з рідкого стану.

Методи дослідження – для визначення термодинамічних властивостей рідких потрійних сплавів використовували метод високотемпературної ізопериболічної калориметрії та метод електрорушійних сил з рідким електролітом; для розрахунку термодинамічних функцій змішування в потрійних системах з даних для граничних подвійних систем застосовували метод Боньє-Кабо; для оцінки здатності сплавів до аморфізації використовували модель Зелінського.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше в широкій області концентрацій методом високотемпературної ізопериболічної калориметрії виміряні парціальні для алюмінію та розраховані інтегральні ентальпії змішування в розплавах систем Al-Cu-Si, Al-Fe-Ge та Al-Fe-Si при 1750 К; з використанням електрохімічного методу визначені активності алюмінію, парціальні та інтегральні енергії Гіббса, ентальпії та ентропії змішування рідких сплавів систем Al-Cu-Si та Al-Fe-Ge; виконано розрахунок інтегральних ентальпій та надлишкових енергій Гіббса змішування рідких сплавів потрійних систем Al-Cu-Si, Al-Fe-Ge та Al-Fe-Si за методом Боньє-Кабо; із застосуванням одержаних термодинамічних даних за моделлю Зелінського оцінено схильність до аморфізації сплавів ряду зазначених потрійних систем.

Практичне значення одержаних результатів. Значний експериментальний матеріал про термодинаміку сплавоутворення в досліджених потрійних системах, одержаний різними методами, може бути використаний для довідникових видань та включений до банку термодинамічних даних. Крім того, цей матеріал може використовуватися у матеріалознавстві для термодинамічного розрахунку діаграм стану відповідних потрійних систем та для розробки нових промислових сплавів.

Результати проведеної роботи являють інтерес в зв’язку з вдосконаленням технології одержання багатокомпонентних алюмінієвих та залізних сплавів. Так, вони вже були застосовані для аналізу утворення надлишкових фаз