CC BY
52
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _________________________________2009, том 52, №12______________________________
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
УДК 669.017.11
А.М.Сафаров, член-корреспондент АН Республики Таджикистан Х.О.Одинаев, Т.Д.Джураев, М.И.Халимова О ВЗАИМОДЕЙСТВИИ АЛЮМИНИЕВО-БЕРИЛЛИЕВОГО СПЛАВА, ЛЕГИРОВАННОГО ИТТРИЕМ, С КИСЛОРОДОМ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ
Бериллий относится к наиболее ценным конструкционным материалам. Благодаря высокому значению модуля упругости (Е =300 ГПа) и низкой плотности, бериллий по удельной жесткости превосходит все известные материалы, сохраняя это преимущество до 500-600°С.
Алюминиево-бериллиевые сплавы широко применяются в промышленности. Они имеют высокую коррозионную стойкость в морской воде и в каустической соде [1]. Вероятнее всего, при взаимодействии бериллия с воздухом, подобно алюминию, на поверхности его образуется тонкая оксидная пленка, защищающая металл от действия кислорода даже при высокой температуре.
Для получения коррозионностойкого алюминиево-бериллиевого сплава в качестве легирующих добавок перспективно использование элементов с малой растворимостью в алюминии. Такими элементами являются редкоземельные металлы, малорастворимые в алюминии, как при комнатной, так и при высокой температурах. Например, растворимость иттрия в алюминии при 893, 873, 773 К составляет 0.15, 0.13 и 0.8% соответственно.
Максимальная растворимость иттрия при эвтектической температуре 823 К равна
0.17% (0.051% ат.) [2]
В данной работе с целью оптимизации состава изучено взаимодействие алюминиево-бериллиевого сплава, содержащего 1.0 масс% бериллия, легированного иттрием, с кислородом газовой фазы.
Для получения сплавов были использованы алюминий марки А996 и промышленная лигатура на основе алюминия, содержащая 2.0 масс% иттрия. Содержание иттрия в алюми-ниево-бериллиевом сплаве составляло 0.01, 0.05, 0.1, 0.5 масс%.
Сплав алюминия с 1.0 масс% бериллия был получен в вакуумной печи сопротивления типа СНВ-1.1.1/16 И3. Легирование сплава лигатурой осуществляли в открытых шахтных печах типа СШОЛ.
Кинетику окисления сплавов изучали методом термогравиметрии, основанном на непрерывном взвешивании образца, подвешенного на откалиброванной молибденовой пружине, с помощью катетометра КМ-8 при постоянной температуре [3]. Для опытов использовали предварительно прокаленные при 1173 К тигли из оксида алюминия диаметром 18-20 мм, высотой 25-26 мм. Скорость окисления вычисляли по касательным, проведенным к несколь-
ким точкам кривых окисления по формуле §/б/Лт, а значение кажущейся энергии активации вычисляли по тангенсу угла наклона зависимости ^К - 1/Т.
Кинетика окисления твердого алюминиево-бериллиевого сплава, легированного иттрием, исследована при температурах 823 и 873 К. Состав сплавов, и результаты исследования представлены на рис. 1,2 и в таблице.
Таблица
Кинетические энергетические параметры процесса окисления твердого алюминиево-бериллиевого сплава (А1-Ве 1масс%), легированного иттрием
Содержание иттрия в Температура окисле- Истинная скорость окис- Кажущаяся энергия
сплаве А1+Ве (1%), ния, ления Ю10"3 , активации,
масс% К кг/м2 • сек кДж/моль
0.0 823 3.89 118.58
873 4.28
0.01 823 873 3.78 4.25 139.42
0.05 823 873 3.33 3.96 173.25
0.1 823 873 3.61 4.02 143.45
0.5 823 873 3.83 4.32 123.39
На основе кривых, приведенных на рис.1, можно предположить, что при температуре до 823 К окисление протекает по механизму тонких пленок, так как обладает минимальной высотой уровня, при которой происходит замедление скорости процесса окисления.
10 20 30 40
Рис.1. Кинетические кривые сплава А1-Ве (1 масс%), содержащего а - 0.0, б - 0.01, в - 0.5% иттрия.
При более высоких температурах наблюдается заметный рост привеса с резким торможением процесса окисления. Рассчитанные значения константы скорости окисления и кажущаяся энергия активации (табл.) показывают, что добавки иттрия до 0.05 масс% незначительно снижают окисление алюминиево-бериллиевого сплава, что сопровождается повышением значений кажущейся энергии активации от 118.58 до 173.25 кДж/моль. Дальнейшее
увеличение концентрации иттрия до 0.5 масс% приводит к росту удельной массы оксида с более низкими энергетическими затратами.
Характерную температурную зависимость можно наблюдать в динамике изменения удельной массы, построенной при 15 и 30 мин и температурах 823 и 873 К соответственно (рис.2).
.180 .160 .140 -120
А1Ве 0.01 0.05 0.1 0.5 у
масс.% У
Рис. 2. Изохроны окисления сплавов А1 - Ве - У.
Согласно изохронам окисления, при исследованных температурах алюминиево-бериллиевый сплав, легированный до 0.05 масс% иттрия, обладает повышенной устойчивостью к окислению.
Таджикский технический университет Поступило 11.09.2009 г
им. акад. М.С.Осими
ЛИТЕРАТУРА
1. Умарова Т.М., Ганиев И.Н. Коррозия двойных алюминиевых сплавов в нейтральных средах. -Душанбе: Дониш, 2007, с. 49-51.
2. Алесова С.П., Будберг П.Б. Диаграммы состояния металлических систем - М.: ВИНИТИ, 1971, вып.15, с. 67.
3. Лепинских Б.М., Киселев В.И. - Изв. АН СССР. Металлы, 1974, №5, с. 51-54.
д/э
м г/см2
8
1 -15мин — 823 К
2 - ЗОмин —873 К
А.М.Сафаров, Х.О.Одинаев, Т.Ч,.Ч,ураев, М.И.Х,алимова, ДАР БОРАИ ТАЪСИРИ ХУЛАИ АЛЮМИНИЮ БЕРИЛЛИЙ, КИ ДАР ТАРКИБАШ ИТТРИЙ ДОРАД БА ОКСИГЕНИ ФАЗАИ ГАЗИ
Дар мак;ола бо мак;сади мyайян намyдани таркиби оптималии хулаи алюминию бериллие, ки бо иттрий легиронида шудааст, таъсири он бо оксигени фазаи газй омухта шyдааст.
Мyайян карда шyдааст, ки хулаи алюминию беррилий, ки то 0.05% иттрий дорад нисбати оксиген хосияти баланди устуворй дорад.
A.M.Safarov, H.O.Odinaev, T.D.Juraev, M.I.Halimova THE FORECAST AND ACCOUNT OF THE DIAGRAMS OF A CONDITION OF STRATIFIED SYSTEMS ON A BASIS BERYLLIUM WITH SOME EARTH ALKALINE GROUND METALS
In the offered message the results of an estimation of types of interaction beryllium with other elements with the help of thermodynamic representation are resulted.
On the basis of the resaved resultants the authors possible for the first time to constructed and to present the present the diagrams of a condition beryllium with some metals, where it is possible to observe absence of interaction between components of the given systems, both in liquid, and in firm condition.
