Кинетика окисления сплава Al+2. 18% Fe, легированного таллием Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ____________________________________2009, том 52, №1________________________________

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 541.127.669.892.782

З.Р.Обидов, академик АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиев, А.Э.Бердиев ,

И.Т.Амонов

КИНЕТИКА ОКИСЛЕНИЯ СПЛАВА А1+2.18% Ее, ЛЕГИРОВАННОГО ТАЛЛИЕМ

Исследование кинетики окисления твердых металлов и сплавов с кислородом газовой фазы представляет научный и практический интерес. В процессе такого взаимодействия сплав загрязняется оксидными включениями, ухудшается качество поверхности, понижаются механические свойства изделий. Определение кинетических параметров и механизма окисления позволит получить дополнительную информацию о процессе окисления.

Цель настоящей работы заключается в изучении влияния температуры и химического состава на кинетику окисления сплавов системы А1-Бе-Т1 в твердом состоянии. Для решения поставленной задачи применяли метод термогравиметрии с непрерывным взвешиванием образцов [1].

Сплавы для исследования были получены в печи Таммана путем прямого сплавления компонентов. Взвешивание шихты производили на аналитических весах АРВ-200 с точностью 0.1-10-6 кг. Перед исследованием образцы очищали от образующегося оксида. Шихтовка сплавов проводилась с учётом угара металлов.

Нами изучены кинетические особенности окисления твердого сплава А1+2.18% Бе, легированного таллием, в количестве: 0.005; 0.01; 0.05; 0.1; 0.5; 1.0 мас%.

Кинетические и энергетические параметры процесса окисления данных сплавов приведены на рис.1 и в таблице. Все исследования проведены при температурах 673 и 773 К.

При окислении сплава, содержащего 0.005 мас% таллия (рис. 1а), в течение первых 10 мин наблюдается резкое увеличение массы образца, которая достигает 13.2-10-4 г2/см4, затем процесс окисления характеризуется небольшим приростом удельной массы образца, что, по-видимому, объясняется проявлением защитной способности оксидной пленки, но при значительной толщине. Максимальное значение истинной скорости окисления равняется 2.1-10-4 кг-м-2-сек-1. Кажущаяся энергия активации процесса окисления достигает значения 132.3 кДж/моль (таблица).

При изучении кинетики окисления сплава, содержащего 0.01 мас% таллия (рис. 1б), как и следовало ожидать, процесс окисления протекает с большими диффузионными затруднениями. Истинная скорость окисления изменяется от 2.1-10-4 до 2.3-10-4 кг-м-2-сек-1 (таблица).

Таблица

Кинетические и энергетические параметры процесса окисления твердого алюминиево-железового сплава (2.18 мас% Fe), легированного таллием

Содержание таллия в сплаве A1+2.18% Fe, мас% Температура окисления, К Истинная скорость окисления К-10"4, кг-м"2-сек-1 Кажущаяся энергия активации, кДж/моль

0.0 673 2.0 148.0

773 2.1

0.005 673 2.1 132.3

773 2.2

0.01 673 2.1 123.2

773 2.3

0.05 673 2.2 95.0

773 2.3

0.1 673 2.2 95.0

773 2.3

0.5 673 2.3 76.2

773 2.5

1.0 673 2.3 70.0

773 2.6

На рис. 1в приведены кинетические кривые окисления сплава алюминия с железом (2.18 мас.%), содержащего 0.05 мас.% таллия. Процесс характеризуется низкими скоростями окисления, кинетические кривые подчиняются параболическому закону. Рассчитанные значения истинной скорости окисления изменяются от 2.2-10-4 до 2.3-10-4 кг-м-2-сек-1. Кажущаяся энергия активации процесса окисления составляет 95.0 кДж/моль.

Характер кривых окисления сплава, содержащего 0.1 мас% таллия (рис. 1г), показывает, что окисление протекает по параболическому закону. Формирование оксидной пленки заканчивается к 15 мин взаимодействия с кислородом воздуха. Истинная скорость окисления колеблется от 2.2-10-4 до 2.3-10-4 кг-м-2-сек-1 (таблица).

На рис. 1д приведены кривые окисления сплава, содержащего 0.5 мас% таллия. Процесс окисления характеризуется низкими скоростями окисления, кинетические кривые подчиняются параболическому закону. При температуре 773 К максимальная величина привеса (Д^) равна 20.9-10-4 г2/см4, а при температуре 673 К уменьшается до 18.9-10-4 г2/см4 Вычисленная энергия активации окисления равняется 76.2 кДж/моль.

Кинетические кривые окисления сплава A1+2.18% Fe с содержанием таллия 1.0 мас.% приведены на рис. 1е. Данный сплав имеет наибольшее значение скорости окисления. Значения истинной скорости окисления данного сплава при исследованных температурах имеет величину 2.3-10-4 и 2.6-10-4 кг-м-2-сек-1. При этом значение кажущейся энергии активации составляет 70.0 кДж/моль.

Рис.1. Кинетические кривые окисления сплава A1+2/18%Fe, содержащего таллия, мас.%: а) 0.005; б) 0.01; в) 0.05; г) 0.1; д) 0.5; е) 1.0.

Большие добавки таллия (>1.0 мас% ) приводят к увеличению скорости окисления сплава Al+2.18% Fe. Можно предположить, что дальнейший рост содержания таллия заметно повышает скорость окисления сплава Al+2.18% Fe (таблица).

По полученным результатам построены изохроны окисления сплава Al+2.18% Fe, легированного таллием, при температуре 673 К, соответствующие 10 и 20 мин процесса окисления (рис. 2).

Q,

кДж/МОЛЬ -200

-150

-100

50

------- « ■------1---А \------1_____I______I

Ак2 18% Fc 0.012 0.025 0.037 0.05 ^ 0.1 0.5 0.9 TI

мас.% TI

Рис.2. Изохроны окисления (673 К) сплава Al+2.18% Fe, легированного таллием.

Ценную информацию о кинетике окисления сплавов можно получить,исследуя продукты их окисления, то есть оксидную пленку, формирующуюся на поверхности образца при его нагреве.

Согласно диаграмме состояния Al2O3-Fe2O3, при температурах 400-1000°С фазовый состав продуктов реакции состоит из твердого раствора на основе корунда (Al2O3) и твердого раствора на основе гематита (Fe2O3) [2]. Ввиду того, что в сплавах массовая доля железа составляет 2.18%, оксидная плёнка, формирующаяся на поверхности образцов сплава, в основном состоит из твердого раствора на основе корунда, что подтверждается данными ИК-спектроскопии.

Что касается тройных сплавов с малыми добавками таллия, продукты их окисления также в основном состоят из твердого раствора на основе корунда с Fe2O3 и окисью таллия

Tl2O3. Таким образом, основной фазой, образующейся при окислении тройных сплавов Al-Fe-Tl, является твердый раствор А12О3 с добавками Fe2O3 и Tl2O3.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лепинских В.М., Киселев В.И.- Известия АН СССР. Металлы, 1974, № 5, с. 51-54.

2. Торопов Н.П., Барзаковский В.П. и др. Диаграммы состояния силикатных систем. - Л.: Наука, 1978, т.1, 882 с.

Институт химии им. В.И.Никитина Поступило 24.11.2008 г.

АН Республики Таджикистан,

Таджикский технический университет им. акад. М.С.Осими

З.Р.Обидов, И.Н.Ганиев, А.Э.Бердиев, И.Т.Амонов КИНЕТИКАИ ОКСИДШАВИИ ХУЛАИ Al+2.18% Fe, КИ ТАЛЛИЙ ДОРАД

Натичаи омузиши кинетикаи оксидшавии хулаи Al+2.18% Fe, ки дар таркибаш таллий дорад, оварда шудааст.

Z.R.Obidov, I.N.Ganiev, A.E.Berdiev, I.T.Amonov KINETICS OXIDATION ALLOY Al+2.18% Fe, ADDITION TALLIUM

They are brought kinetic given referring, to oxidation of the alloy Al+2.18% Fe, addition

tallium.