Кинетика окисления сплава Аl+2. 0%Mg, легированного церием

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _____________________________________2012, том 55, № 5___________________________________
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 669. 715. 620. 193
Н. Ф. Иброхимов, академик А Н Республики Таджикистана И. Н. Ганиев*, А. Э. Бердиев, член-корреспондент А Н Республики Таджикистана Х. О. Одинаев
КИНЕТИКА ОКИСЛЕНИЯ СПЛАВА А1+2. 0%М^ ЛЕГИРОВАННОГО ЦЕРИЕМ
Таджикский технический университет им. академика М. Осими,
Институт химии им. В. И. Никитина А Н Республики Таджикистан
Термогравиметрическим методом исследовано взаимодействие сплава Аl+2. 0%Mg, содержащего церий, с кислородом воздуха в интервале 673… 673 К, рассчитана кажущаяся энергия активации процесса окисления. Показано, что окисление сплавов подчиняется параболическому закону. Добавки церия до 0.5 масс.% увеличивают скорость окисления, что сопровождается уменьшением величины кажущейся энергии активации процесса окисления от 39.3 до 16.4 кДж/моль.
Ключевые слова: сплав Аl+2. 0%Mg — церий — термогравиметрический метод — кинетика окисления — температурная зависимость — истинная скорость окисления — энергия активации.
Повышенный интерес исследователей и производственников к алюминиево-магниевым сплавам связан с их широким использованием в промышленности. Однако разработка таких сплавов неразрывно связана с проблемой их окисления. Изучению процесса окисления двойных алюминиевомагниевых сплавов посвящены работы [1, 2]. Имеются ограниченные сведения о влиянии третьего компонента на окисляемость алюминиево-магниевых сплавов.
Промышленные сплавы алюминия содержат от 0.5 до 13 мас.% магния и около 13 масс.% в сумме других элементов, таких как Si, Fe, Mn, & amp-,, №, Zn,, B, Be, Li и Zr [1]. Имея высокую коррозионную стойкость и удовлетворительные механические свойства, сплавы системы алюминий-магний остаются перспективным материалом при разработке композиций более сложного состава.
Цель работы заключается в исследовании влияния добавок церия на кинетику окисления сплава Аl+2. 0%Mg, для чего была синтезирована серия сплавов с содержанием церия от 0. 01 до 0. 5% (по массе). Окисление сплавов проводили на термогравиметрической установке, схема установки подробно описана в [3].
Кинетику окисления сплава Al+2. 0%Mg в твёрдом состоянии исследовали при температурах 673, 773 и 873 К (рис. 1а). Параболический характер кинетических кривых свидетельствует, что процесс взаимодействия сплава с газовой фазой лимитируется диффузионными процессами. Истинная скорость окисления в зависимости от температуры изменяется от 2. 9110−4 кг-м& quot-2-с-1 при 673 К до 3. 8310−4 кгм& quot-2. с1 при температуре 873 К. Кажущаяся энергия активации окисления составляет 39.3 кДж/моль.
Адрес для корреспонденции: Ибрагимов Насим Файзуллоевич. 734 042, Республика Таджикистан, г. Душанбе, пр. акад. Раджабовых, 10а, Таджикский технический университет. E-mail: nasimqon@mai. ru
Исследования окисления сплава Al+2. 0%Mg, содержащего 0. 01 масс.% церия, при температуре 673, 773 и 873 К показали, что в течение 5−10 мин кинетические кривые характеризуются значительными скоростями окисления и линейной зависимостью от времени (рис. 1б). Далее, по мере увеличения защитной способности оксидной плёнки, кривые плавно переходят в параболу. Сформировавшаяся оксидная плёнка в начальных стадиях процесса, по-видимому, не обладает достаточно защитными свойствами, и большое количество кислородных вакансий создаёт слабые диффузионные затруднения. Процесс окисления сплава А1+2. 0% Mg+0. 01 маса% Ce заканчивается к 15−25 мин. Кинетические и энергетические параметры процесса окисления данного сплава обобщены в таблице.
Приведённые на рис. 1 В кинетические кривые окисления принадлежат сплаву Al+2. 0%Mg, содержащему 0. 03 масс.% церия. Наблюдается медленное, но плавное нарастание толщины оксидной плёнки, которая при 20 мин полностью предотвращает процесс окисления. Скорость окисления с ростом температуры увеличивается.
Таблица
Кинетические и энергетические параметры процесса окисления сплава Al+2. 0%Mg,
модифицированного церием
Содержание Ce в сплаве Al+2. 0%Mg, масаУо Температура окисления, К Истинная скорость окисления К10−4, кг-м-2с-1 Кажущаяся энергия активации окисления, кДж/моль
0.0 673 2. 91 39. 3
773 3. 33
873 3. 83
0. 01 673 3. 32 31. 9
773 3. 83
873 4. 16
0. 03 673 3. 44 27. 4
773 3. 72
873 4. 44
0.1 673 3. 75 23. 9
773 3,75
873 4. 50
0.2 673 3,81 21. 3
773 3,83
873 4. 66
0.5 673 4. 16 16. 4
773 4. 44
873 5. 00
Окисление сплава, содержащего 0.1 масс.% церия, изучали при 673, 773 и 873 К (рис. 1г). Максимальная величина Лg/S при окислении равняется 22 мг/см2, минимальная 15.8 мг/см2. Кажущаяся энергия активации окисления, вычисленная по тангенсу угла наклона прямой зависимости ^К-1/Т (рис. 2), составляет 23.9 кДж/моль.
Рис. 1. Кинетические кривые окисления сплава Al+2%Mg (а), легированного церием, масс. %:
0. 01(б) — 0. 03(в) — 0. 1(г) — 0. 2(д) — 0. 5(е).
Легирование сплава Al+2. 0%Mg 0.2 масс.% церием способствует некоторому увеличению истинной скорости окисления и, соответственно, уменьшению кажущейся энергии активации окисления по сравнению с исходным сплавом. Так, если в интервале температур 673… 873 К значения истинной скорости окисления сплава Al+2. 0%Mg, содержащего 0. 01 масс.% церия, изменяются от 3. 3310"-4 до 4. 1610−4 кг-м& quot-2-с-1 с энергией активации 31.9 кДж/моль, то в этом же интервале температур скорость окисления сплава, содержащего 0.5 масс.% церия, характеризуется величинами 4. 1610"-4−5. 0010"-4 кг-м& quot-2-с-1 с кажущейся энергией активации, равной 16.4 кДж/моль (табл.).
Рис. 2. Зависимость lgK от 1/Г для сплава Al+2. 0%Mg (1), легированного церием, масс. %: 0. 01(2) — 0. 03(3) —
0. 1(4) — 0. 2(5) — 0. 5(6).
/
Приведённая на рис. 2 зависимостьК- 1/Т легированных церием сплавов Al+2. 0%Mg с церием показывает, что для сплава, содержащего 0.5 масс.% церия, характерно наименьшее значение кажущейся энергии активации, равное 16.4 кДж/моль, и, соответственно, максимальное значение истинной скорости окисления 4. 44−10−4 кг-м& quot-2-с-1 при 773 К. Для остальных сплавов характерно пониженное значение истинной скорости окисления по сравнению с данным сплавом, хотя по значению она выше, чем для исходного сплава. Прямолинейный характер зависимостиК- 1/Т-103 свидетельствует о параболическом характере процесса окисления.
Поступило 15. 03. 2012 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лепинских Б. М., Киташев А., Белоусов А. Окисление жидких металлов и сплавов. — М.: Наука, 1973, с. 106.
2. Наумкин О. П., Игнатов Д. Ю. Известия АН СССР. Металлургия и горное дело, 1963, № 5, с. 141.
3. Лепинских Б. М., Киселёв В. Н. — Известия А Н СССР. Металлы, 1974, № 5, с. 51−54.
Н.Ф. Ибро^имов*, И. Н. Ганиев, А. Э. Бердиев, Х. О. Одинаев КИНЕТИКАИ ОКСИДШАВИИ ХУЛАМ Al+2. 0%Mg, КИ БО СЕРИЙ
ЧАВ^АРОНИДА ШУДААСТ
Донишго^и техникии Тоцикистон ба номи академик М. Осими,
Институти химияи ба номи В. И. Никитини Академияи илмх-ои Цум^урии Тоцикистон
Дар макола бо усули термогравиметрй таъсири серий ба оксидшавии хулаи Al+2. 0%Mg, дар оксигени хаво дар худуди 673−873 К омухта ва энергияи фаъоли раванди оксидшавй хисоб карда шудааст. Нишон додашудааст, ки оксидшавии хулахо ба конуни параболй итоат меку-нанд. Иловаи серий то 0.5 хдссаи масса суръати оксидшавиро зиёд мекунад, ки ин бо камшавии энергияи фаъоли раванди оксидшавй аз 39.3 то 16.4 кДж/моль мегузарад.
Калима^ои калиди: хулаи Al+2. 0%Mg — серий — усули термогравиметрй — кинетикаи оксидшавй -вобастагии %арорат — суръати %ациции оксидшавй — энергияи фаъол.
N.F. Ibrohimov*, I.N. Ganiev, A.E. Berdiev, Ch.O. Odinaev KINETICS OXIDATION ALLOYS Al +2. 0% Mg, ALLOED CERIUM
*Osimi Tajik Technical University,
V.I. Nikitin Institute of Chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan Thermogravimetric method investigated the interaction of the alloy Al +2. 0% Mg, containing cerium with oxygen in the range of 673−873 K, calculated apparent activation energy of the oxidation process. It is shown that the oxidation of alloys obeys a parabolic law. Cerium additions up to 0.5 wt.% Increase in the rate of oxidation is accompanied by a decrease in the apparent activation energy of oxidation of 39.3 and 16.4 kJ/mol.
Key words: alloy Al +2. 0% Mg — cerium — thermogravimetric method — oxidation kinetics — temperature dependence — the true rate of oxidation — the activation energy.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой