CC BY
83
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2015, том 58, №1_
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 669.715.620.193
Х.Х.Азимов, И.Т.Амонов, А.Э.Бердиев*, академик АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиев
КИНЕТИКА ОКИСЛЕНИЯ СПЛАВА Al+2.18%Fe, МОДИФИЦИРОВАННОГО
ЛИТИЕМ, В ТВЁРДОМ СОСТОЯНИИ
Таджикский технический университет им. академика М.С.Осими, Институт химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан
Термогравиметрическим методом исследовано взаимодействие сплава Al+2.18%Fe, содержащего литий, с кислородом воздуха в интервале 673-873 К, рассчитана кажущаяся энергия активации процесса окисления. Добавки лития до 0.1 масс.% увеличивают скорость окисления, что сопровождается уменьшением величины кажущейся энергии активации процесса окисления от 148.0 до 98.9 кДж/моль.
Ключевые слова: сплав Al+2.18%Fe - литий - термогравиметрический метод - кинетика окисления - механизм окисления - истинная скорость окисления - энергия активации.
Защита жидких металлов и сплавов от окисления в современных условиях производства приобретает важное значение, поскольку ею определяется угар, степень загрязнения оксидными включениями, качество поверхности и т.д. Изучение процессов окисления жидких сплавов необходимо также и для рационального использования раскислителей и комплексных лигатур [1].
Целью настоящей работы явилось исследование кинетики окисления алюминиевого сплава с повышенным содержанием железа (2.18 масс.%), модифицированного литием, в твёрдом состоянии. Известно, что алюминий с содержанием железа более 1 масс.% практически не находит применения в машиностроении и электротехнике. Отсюда повышение свойств такого металла путём модифицирования и легирования различными металлами и создание новых сплавов на его основе является актуальной задачей.
Сплавы для исследования были получены в печи СШОЛ прямым сплавлением компонентов. Взвешивание шихты производили на аналитических весах АРВ-200 с точностью 0.Ы0"6 кг. В качестве объекта исследования использовали алюминий, содержащий 2.18%Fe и литий металлический марки ЛЭ-1 (ГОСТ 8774-75).
Кинетику окисления твёрдого сплава Al+2.18%Fe, легированного литием, изучали термогравиметрическим методом [2, 3].
Изменения веса фиксировали по растяжению пружины с помощью катетометра КМ-8. В опытах использовались тигли из оксида алюминия диаметром 18-20 мм, высотой 25-26 мм. Тигли перед опытом прокаливали при температуре 12000С в окислительной среде в течение 1.5 ч до постоянного веса.
Адрес для корреспонденции: Азимов Холикназар Хакимович. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. ак. Раджабовых, 10, Таджикский технический университет. E-mail: [email protected]
Для исследования влияния лития на кинетику окисления твёрдого сплава Al+2.18%Fe была синтезирована серия сплавов с содержанием лития от 0.005 до 0.1 масс.%. Исследования проводили в атмосфере воздуха при температурах 673, 773 и 873 К. Кинетические и энергетические параметры процесса окисления сплава Al+2.18% Fe, содержащего литий, представлены в табл. 1.
Как видно из табл.1, добавки лития уменьшают кажущуюся энергию активации окисления сплавов. Константа скорости окисления при одинаковых температурах у сплава Al+2.18% Fe, содержащего 0.005, 0.01, 0.05 и 0.1 масс.% лития, несколько больше, чем у исходного сплава Al+2.18% Fe. Сформировавшаяся оксидная плёнка в начальных стадиях процесса, по-видимому, не обладает достаточными защитными свойствами, о чём свидетельствует рост скорости окисления сплавов от температуры. Истинная скорость окисления, вычисленная по касательным, проведённым от начала координат к кривым окисления и рассчитанная по формуле K=g/s•Лt, для сплава, содержащего 0.1% лития, составляет от 2.00-10-4 до 3.1510-4 кгм-2с-1, соответственно при температурах 673 , 773 и 873 К. Кажущаяся энергия активации окисления, вычисленная по тангенсу угла наклона прямой зависимости ^К-1/Т, составляет 98.9 кДж/моль (табл.1).
Таблица 1
Кинетические и энергетические параметры процесса окисления сплава Al+2.18% Fe,
модифицированного литием, в твёрдом состоянии
Содержание лития в сплаве ^2.18% Бе, Температура окисления, К Истинная скорость окисления К -10-4, кг м 2 сек1 Кажущаяся энергия активации окисления,
масс. % кДж/моль.
673 2.00
0.0 773 2.15 148.0
873 2.41
673 2.02
0.005 773 2.17 139.4
873 2.46
673 2.13
0.01 773 2.24 126.7
873 2.77
673 2.25
0.05 773 2.36 112.6
873 2.91
673 2.38
0.1 773 2.53 98.9
873 3.15
С ростом температуры отмечается повышение скорости окисления образцов (рис. 1). Однако дальнейшее окисление рассматриваемых сплавов протекает, по-видимому, по различным механизмам. Для сплавов с 0.005, 0.01, 0.05 и 0.5 масс.% лития наблюдается явная тенденция к повышению скорости окисления и после 15 мин. процесс становится близким к нулю. В этом случае имеет место проявление защитных свойств плёнки, как это наблюдается при окислении сплава Al+2.18% Fe, когда энергетические затруднения лимитирующего этапа настолько велики, что приводят к прекращения процесса окисления.
Кинетические кривые окисления сплава Al+2.18% Fe с 0.05 и 0.1 масс.% литием в координатах (^)24 представлены на рис. 2. Непрямолинейный характер кривых свидетельствует о механизме окисления сплавов (табл. 2).
Рис.1. Кинетические кривые окисления сплава Л1+2.18% Fe (а), модифицированного литием, мас.%:
0.005(6); 0.01(в).
Рис. 2. Кинетические кривые окисления сплава Л1+2.18% Fe, модифицированного литием, мас.%:
0.05(а); 0.1(б).
Таблица 2
Результаты обработки кривых окисления сплава Л1+2.18% Fe, модифицированного литием,
в твёрдом состоянии
Содержание лития в сплаве Л1+2.18% Fe, масс.% Температура окисления, К Уравнения кривых окисления Коэффициент регрессии, Я2
0.0 673 у = 2Е-06х4 - 0.0001х3 + 0.0006х2 + 0.0866х 0.998
773 у = 4Е-06х4 - 0.0002х3 + 0.0026х2 + 0.0632х 0.998
873 у = 4Е-06х4 - 0.0002х3 + 0.0033х2 + 0.0483х 0.996
3 673 у =-3Е-06х5+0.0002х4-0.008х3+0.1005х -0.1816х 0.992
773 у =-3Е-06х5+0.0003х4-0.0074х3+0.0833х2-0.1404х 0.960
873 у=-3Е-06х5+0.0002х4-0.008х3+0.1005х2- 0.1816х 0.992
4 673 у = 3Е-05х4 - 0.002х3 + 0.0307х2 + 0.0231х 0.969
773 у = 2Е-05х4 - 0.0013х3 + 0.0202х2 + 0.0266х 0.987
873 у = 5Е-05х4 - 0.0032х3 + 0.0521х2 - 0.0256х 0.984
lgK
1.1 1.2 1.3 1.4 1/Т-103
Рис.3. Зависимость lgK от 1/Т для сплава Al+2.18%Fe (1), модифицированного литием, масс.%:
0.005(2); 0.01(3); 0.05(4); 0.1(5).
Приведенные на рис. 3 зависимости lgK от 1/Т модифицированного литием сплава Al+2.18% Fe показывает, что сплаву, содержащему 0.1 масс.% лития, характерно наименьшее значение кажущейся энергии активации, равное 98.9 кДж/моль, и соответственно максимальное значение истинной скорости окисления - 3.15 -10-4 кгм-2с-1 при 873 К.
Остальным сплавам характерно пониженное значение истинной скорости окисления по сравнению с данным сплавом, хотя по значениям она выше, чем у исходного сплава.
Поступило 21.11.2014 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бердиев А.Э., Ганиев И.Н., Гулов С.С. Силумины, модифицированные элементами подгруппы германия и стронция. - Германия: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2011, 152 с.
2. Хакимов А.Х., Ганиев И.Н., Амонов И.Т., Бердиев А.Э. Влияния церия на кинетику окисления твердого сплава А1+2.18%Fе. - Изв. АН РТ. Отд. физ.-мат., хим., геол. и техн. н., 2012, №3 (148), с.87-91.
3. Умаров М.А., Ганиев И.Н., Махмадулоев Х., Бердиев А.Э. Влияние алюминия на кинетику окисления твердого свинца. - ДАН РТ, 2014, т.57, №3, с. 230-234.
Х.Х.Азимов, И.Т.Амонов, А.Э.Бердиев*, И.Н.Ганиев*
КИНЕТИКАИ ОКСИДШАВИИ ХУЛАМ Al + 2.18% Fe, КИ БО ЛИТИЙ ЧДВХДРОНИДА ШУДААСТ, ДАР ^ОЛАТИ САХТ
Донишго^и техникии Тоцикистон ба номи академик М.С.Осими, *Институти кимиёи ба номи В.И.Никитини Академияи илмх^ои Цум^урии Тоцикистон
Бо усули гравиметрй кинетикаи оксидшавии хулаи Al + 2.18% Fe, ки бо литий чавхиронида шудааст, дар полати сахт омухта шудааст.
Калима^ои калиди: хулаи Al+2.18%Fe - литий - усули термогравиметри - кинетикаи оксидшави-механизми оксидшави - суръати воцеъии оксидшави - энергияи фаъол.
Rh.Rh.Azimov, I.T.Amoncv, A.E.Berdiev*, I.N.Ganiev* KINETICS OF OXIDATION OF THE ALLOY Al + 2.18% Fe, LITHIUM-DOPED IN THE SOLID STATE
M.S.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 + 2.18% Fe, containing lithium with oxygen in the range 673-873K, calculated apparent activation energy of the oxidation process. Additives lithium to 0.1 wt.%, Increase the rate of oxidation, which is accompanied by a decrease in the apparent activation energy for the oxidation of 98.9 to 148.0 kJ / mol.
Key words: alloy Al + 2.18% Fe - Li - thermogravimetric method - oxidation kinetics - oxidation mechanism - the true rate of oxidation - the activation energy.
