Портал освітньо-інформаційних послуг «Студентська консультація»

  
Телефон +3 8(066) 185-39-18
Телефон +3 8(093) 202-63-01
 (093) 202-63-01
 studscon@gmail.com
 facebook.com/studcons

<script>

  (function(i,s,o,g,r,a,m){i['GoogleAnalyticsObject']=r;i[r]=i[r]||function(){

  (i[r].q=i[r].q||[]).push(arguments)},i[r].l=1*new Date();a=s.createElement(o),

  m=s.getElementsByTagName(o)[0];a.async=1;a.src=g;m.parentNode.insertBefore(a,m)

  })(window,document,'script','//www.google-analytics.com/analytics.js','ga');

 

  ga('create', 'UA-53007750-1', 'auto');

  ga('send', 'pageview');

 

</script>

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

Предмет: 
Тип роботи: 
Автореферат
К-сть сторінок: 
30
Мова: 
Українська
Оцінка: 

style="text-align: justify;">Необхідно відзначити, що після завершення даного калориметричного дослідження була опублікована робота [Witusiewicz V. T., Arpshofen I., Seifert H. -J., Aldinger F. // J. Alloys Comp. – 2000. – V. 297, № 1-2. – P. 176 – 184], в якій інтегральні ентальпії змішування в системі Al-Cu-Si визначені методом калориметрії при 1575К. На рис. 1б результати нашого калориметричного дослідження при 1750 К показані суцільними лініями, дані В. Т. Вітусевича – штриховими. Співставлення показує, що результати В. Т. Вітусевича є менш екзотермічними на величину до 2 кДж/моль. Це може бути пов’язано з різницею температур двох досліджень. На рис. 1б пунктирними ізолініями представлені Н, які одержані нами методом ЕРС при 1173 К. З рисунка видно, що при збільшенні температури від 1173 до 1575 та 1750 К інтегральні ентальпії змішування стають більш екзотермічними. Причому температурна залежність Н збільшується при наближенні до граничної подвійної системи Al-Si. Як показано в розділі І, в рідких сплавах Al-Si при збільшенні температури величини Н стають більш від’ємними. Це пов’язано з тим, що при нагріванні руйнуються зв’язки між атомами силіцію, завдяки чому підсилюється взаємодія між силіцієм та алюмінієм. З температурного ходу інтегральної ентальпії змішування в системі Al-Cu-Si можна зробити висновок, що силіцієві кластери існують також в потрійних сплавах.

Як видно з рис. 1в, при збільшенні температури від 1173 до 1473 К значення Gxs, як і Н, зростають за абсолютною величиною, що підтверджує наведені вище міркування.
З трьох граничних подвійних систем, що утворюють потрійну Al-Cu-Si, найбільша взаємодія між різносортними атомами спостерігається в рідких сплавах Al-Cu. Екстремальне значення H дорівнює -17, 1 кДж/моль при мольній частці міді 0, 65. На діаграмі стану системи Al-Cu існує електронна сполука Cu3Al, яка плавиться конгруентно при 1322 К. При переході в рідку фазу зберігається сильна взаємодія між атомами алюмінію та міді, що веде до утворення в розплаві подвійних асоціатів приблизного складу Cu3Al. Дещо менші від’ємні відхилення від ідеальних розчинів мають місце в граничній бінарній системі Cu-Si. Екстремальне значення H становить -14, 0 кДж/моль при мольній частці силіцію 0, 25. Ця концентрація відповідає проміжній фазі , що відноситься до електронних сполук і плавиться конгруентно при 1132 К. Найменші за абсолютною величиною інтегральні термодинамічні функції змішування спостерігаються в граничній подвійній системі Al-Si (H = -4, 9 кДж/моль при xSi = 0, 5). Ця система характеризується діаграмою стану простого евтектичного типу та слабкою взаємодією між різносортними атомами в рідкому стані.
Відповідно до властивостей граничних подвійних систем, в рідких сплавах Al-Cu-Si спостерігається закономірне збільшенні від’ємних значень H та Gxs при переході від бінарної системи Al-Si до мідного кута концентраційної діаграми (рис. 1а, в). Найбільша взаємодія між компонентами має місце вздовж перерізу Cu3Si-Cu2Al. Таким чином, термодинамічна поведінка рідких сплавів Al-Cu-Si переважно визначається взаємодією компонентів в подвійних системах Al-Cu та Cu-Si.
Система Al-Fe-Si. Як видно з рис. 1г, інтегральні ентальпії змішування, які одержані інтерполяцією за методами І (суцільні лінії) та ІІ (пунктирні лінії), якісно узгоджуються між собою в дослідженій області концентрацій. Деяке розходження спостерігається на екстрапольованих ділянках (xAl > 0, 6 та xFe > 0, 7). Розрахунок за геометричною моделлю (штрихові лінії) дає дещо менш від’ємні інтегральні ентальпії змішування, ніж експеримент. Але різниця між експериментальними і розрахованими H (до -1, 5 кДж/моль) не перевищує похибки вимірювання. Тому можна вважати, що як і в системі Al-Cu-Si, термодинамічна поведінка рідких сплавів Al-Fe-Si переважно визначається характером взаємодії компонентів в граничних подвійних системах.
Серед граничних подвійних систем найбільша взаємодія компонентів спостерігається в сплавах заліза з силіцієм. Екстремальне значення H дорівнює -38 кДж/моль і припадає на еквімолярний склад. Цей факт пояснюється існуванням на діаграмі стану Fe-Si моносиліциду заліза, температура плавлення якого дорівнює 1683 К. При незначному перегріві над лінією ліквідусу в розплаві зберігається сильна взаємодія між різносортними атомами, що веде до утворення асоціатів FeSi. З концентраційного ходу інтегральної ентальпії змішування в рідких сплавах Al-Fe-Si (рис. 1г) можна зробити висновок про можливість існування подвійних асоціатів FeSi також в потрійних сплавах. Такий висновок підтверджується існуванням на діаграмі стану Al-Fe-Si значної області первинної кристалізації моносиліциду заліза. Таким чином, взаємодія компонентів в подвійній системі Fe-Si робить вирішальний внесок у термодинаміку сплавоутворення в потрійних сплавах Al-Fe-Si.
Система Al-Fe-Ge. Інтегральні ентальпії змішування в системі Al-Fe-Ge при 1740 К, які одержані інтерполяцією калориметричних даних за методами І та ІІ, принципово узгоджуються між собою (рис. 2а). Розрахунок за Боньє-Кабо при xGe  0, 6 дає дещо більш від’ємні значення H, ніж експеримент. Максимальна різниця між калориметричними та розрахованими за моделлю Боньє-Кабо інтегральними ентальпіями змішування складає 2, 5 кДж/моль при xAl = 0, 5, xGe = 0, 15. Для пояснення цього факту необхідно додаткове дослідження структури рідких сплавів Al-Fe-Ge.
Співставлення інтегральних ентальпій змішування, одержаних методом калориметрії при 1740 К та методом ЕРС при 1173 К (рис. 2б) показує, що, на відміну від системи Al-Cu-Si, при збільшенні температури процес утворення рідких сплавів Al-Fe-Ge стає менш екзотермічним. Така температурна залежність є більш звичайною і пояснюється послабленням міжатомної взаємодії при нагріванні.
Інтегральні надлишкові енергії Гіббса змішування при 1480 К, які одержані
Фото Капча