CC BY
38
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ___________________________________2008, том 51, №11________________________________
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
УДК 541.64:539.2
Академик АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиев, М.М.Сангов, А.Э.Бердиев ОКИСЛЕНИЕ КИСЛОРОДОМ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ СПЛАВА АК12, ЛЕГИРОВАННОГО ПРАЗЕОДИМОМ
В связи с поиском новых материалов для нужд техники в последнее время интенсивно ведутся исследовательские работы в этой области. По значимости коррозионные свойства сплавов играют важную роль после механических свойств. С точки зрения металловедения свойства сплавов во многом зависят от их состава.
Сплав АК12 и различные его модификации используются для литья отливок сложной конфигурации со средней прочностью. Основной фазой данного сплава является алюминиево-кремниевая эвтектика с грубой игольчатой структурой. Для улучшения структуры, то есть её модификации, широко применяют щелочные, щёлочноземельные, а иногда и редкоземельные металлы (РЗМ) [1].
Однако в литературе отсутствуют сведения о влиянии РЗМ на коррозионную стойкость сплава АК12 как в обычных условиях, так и при высоких температурах. В связи с этим нами были проведены исследования высокотемпературного окисления сплава АК12, модифицированного празеодимом, кислородом из газовой фазы.
Для определения скорости окисления чаще пользуются термогравиметрическим методом, который получил широкое применение при изучении кинетики окисления твёрдых и жидких сплавов [2]. Этот метод позволяет определить кинетические параметры окисления металлов и сплавов. К достоинствам данного метода следует отнести относительную простоту аппаратурного оформления и возможности его использования при высоких температурах (>1773 К).
Для исследования влияния празеодима на кинетику окисления сплава АК12 были синтезированы серии сплавов с содержанием празеодима от 0.005 до 0.5 %(по массе). Окисление полученных сплавов проводили термогравиметрическим методом на установке, схема которой подробно описана в работе [3].
Кинетику окисления сплава АК12 в твердом состоянии исследовали при температурах 723, 773 и 823 К. Параболический характер кинетических кривых свидетельствует, что процесс взаимодействия сплава с газовой фазой лимитируется диффузионными процессами.
2 1
Скорость окисления в зависимости от температуры изменялась от 2.48 кг-м- •с- при 723 до
2 1
3.38 кг-м- •с- при 823 К. Кажущаяся энергия активации окисления сплава АК12 составляла 116.8 кДж/моль.
Исследование окисления сплава АК12, содержащего 0.005 мас.% празеодима, при температурах 723, 773 и 823 К показало, что скорость окисления сплава в зависимости от
времени и температуры незначительно увеличивалась (рис.а), однако рост удельной массы
4 2
образца к 15 мин приобретал постоянное значение, равное 12.5-10- кг/м при 823 К. Кинетические кривые характеризуются значительными скоростями окисления и линейной зависимостью от времени. Далее, по мере увеличения защитной способности оксидной плёнки кривые плавно переходят в параболу. Сформировавшаяся оксидная плёнка на начальных стадиях процесса, по-видимому, не обладает достаточно защитными свойствами, и большое количество кислородных вакансий создаёт слабые диффузионные затруднения. Процесс окисления сплава АК12 с 0.005 мас.% празеодима заканчивался к 15-20 мин.
Кинетические кривые окисления сплава АК12, содержащего 0.05 мас.% празеодима, характеризовались интенсивным увеличением удельной массы в первые 5-10 мин. По мере роста толщины оксидной плёнки скорость процесса затормаживалась (рис.б).
Окисление сплавов, содержащих 0.1 и 0.5 мас.% празеодима, исследовали при температурах 723, 773 и 823 К. В течение 10 мин от начала окисления кривые имеют линейный вид, однако к 15 мин процесс окисления явно замедлялся. При одной и той же температуре для обоих сплавов скорость окисления больше у сплава с содержанием 0.5 мас.% празеодима (рис.в,г).
Таблица
Кинетические и энергетические параметры процесса окисления твердого сплава АК12, леги-
рованного празеодимом
Содержание Рг в сплаве, мас.% Температура окисления, К Константа скорости окисления (К-10-4), -2 -1 кг-м -с Кажущаяся энергия активации окисления, кДж/моль
0.005 723 2.48
773 3.34 116.8
823 3.38
0.05 723 2.48
773 3.52 83.7
823 3.52
0.1 723 2.48
773 3.38 50.2
823 3.52
0.5 723 2.48
773 3.38 19.1
823 3.52
В целом, если проследить зависимость скорости окисления сплава АК12 от содержания добавок празеодима при постоянной температуре, то можно отметить её рост. Так, в интервале температур 773-823 К наблюдался рост скорости окисления сплава от 3.38-10-4 до -4 -2 -1
3.52-10- кг-м- -с- , соответственно при 0.005 и 0.05 мас.% празеодима.
Увеличение скорости окисления сопровождалось соответствующим уменьшением величины кажущейся энергии активации от 116.8 до 19.1 кДж/моль (табл.).
Рис. Кинетические кривые окисления твердого сплава АК 12, содержащего празеодим, мас.%; а-0,005; 6-0,05; в-0,1 и г-0,5 (при Т1=723, Т2=773 и Т3=823 К)
Таджикский технический университет Поступило 11.09.2008 г.
им. акад. М.С.Осими
ЛИТЕРАТУРА
1. Ганиев И.Н., Пархутик П.А., Вахобов А.В., Куприянова И.Ю. Модифицирование силуминов стронцием. Минск.: Наука и техника, 1985, 143 с.
2. Флиппов С. и др. Физико-химические исследования металлургических процессов. М.: Металлургия, 1969, 166 с.
3. Лепинских Б.М., Киселёв В.Н. - Известия АН СССР. Металлы. 1974, №5, с.51-54.
И.Н.Ганиев, М.М.Сангов, А.Э.Бердиев ОКСИДШАВИИ ФУЛУЗОТИ АК 12, КИ БО ПРАЗЕОДИМ МОДИФИКАТСИЯ КАРДА ШУДААСТ ДАР ФАЗОИ ГАЗЙ
Бо усули термогравиметрй нишон дода шудааст, ки механизми оксидшавии фу-лузоти АК 12, ки бо празеодим модификатсия карда шудааст, параболй буда, бо зиёд-шавии микдори празеодим дар таркиби он устувориаш ба оксидшавй кам мешавад.
I.N.Ganiev, M.M.Sangov, A.E.Berdiev OXIDATION OF SOLID AK 12 ALLOYS MODIFIED BY PRASEODYMIUM
Oxidation process of the Solid 12 Alloys Modified by Praseodymium was investigated by thermo graphic method. It was shown that increasing of Praseodymium content in the Alloys brings to the decreasing of its Stability to Oxidation.
