CC BY
5Результаты и обсуждение
Состав сплавов и результаты исследования представлены в таблицах 1,2 и на рисунках 1-5. Исследования процесса окисления алюминиевого сплава АЖ4.5 с 0.05-1.0 мас.% висмутом, проводились при температурах 773, 823 и 873К. Из рисунка 1 (а) видно, что в течение 15-20 минут кинетические кривые окисления алюминиевого сплава АЖ4.5 с 0,05 мас.% висмутом характеризуются значительными скоростями окисления. Значения истинной скорости окисления
-4 2 1 -4 2 1
данного сплава составляет 1.9210 кгм- сек- и 2.4010 кгм- сек- при температурах 773 К и 873 К с энергией активации 149.3 кДж/моль (таблица 1).
Кинетические кривые окисления алюминиевого сплава АЖ4.5, легированного 0.1 мас.% висмутом, при температурах 773 К и 873 К приведены на рисунке 1 (б). Истинная скорость
-4 -2 -1 -4 -2 -1
окисления данного сплава изменяется от 2.1010 кг м- сек-до 2.5210 кг м- сек- в указанном температурном интервале. Максимальная величина Ag/s при окислении равняется 16 кг/м, минимальная 12 кг/м . Кажущаяся энергия активации окисления, вычисленная по тангенсу угла наклона прямой зависимости -lg-1/T, составляет 135.0 кДж/моль (таблица 1).
Таблица 1 - Кинетические и энергетические параметры процесса окисления алюминиевого сплава АЖ4.5 с висмутом, в твердом состоянии.__
Содержание Температура Истинная скорость Кажущаяся энергия
висмута в сплаве, окисления, К окисления К-104, кгм-2с-1 активации, кДж/моль
масс.%
773 1.62
0.0 823 1.81 172.2
873 1.96
773 1.92
0.05 823 2.12 149.3
873 2.40
773 2.10
0.1 823 2.33 135.0
873 2.52
773 2.27
0.5 823 2.60 121.5
873 2.94
773 2.58
1.0 823 2.84 112.6
873 3.03
g/s-Ю 2аЕг/м2
0.05(а); 0.1(б)
Кинетические кривые процесса окисления алюминиевого сплава АЖ4.5, содержащего 0.5 мас.% висмута, приведены на рисунке 2 (а). Данный сплав подвергался окислению при температурах 773, 823 и 873К. Истинная скорость окисления составляет величину от 2.27 10-4кгм-2 сек-1 при 773К и 2.9410-4 кгм-2сек-1 при температуре 873К и характеризуется относительно низким значением энергии активации 121,5 кДж/моль.
Кинетические кривые окисление алюминиевого сплава АЖ4.5, содержащего 1.0 мас.% висмута, при температурах 773, 823 и 873К приведены на рисунке 2 (б). Видно, что с ростом температуры скорость окисления растёт. Так, если при 773К она составляет 2.58104кгм-2сек-1, то при 873К
-4 2 1
растёт до 3.03 10 кг м" сек". Кажущаяся энергия активации окисления составляет 112,6 кДж/моль.
Рисунок 2 - Кинетические кривые окисления алюминиевого сплава АЖ4.5 с висмутом, мас.%:
0.5(а); 1.0(б)
Зависимость -1дК от 1/Т для алюминиевого сплава АЖ4.5, легированного висмутом, показывает, что с ростом содержания висмута скорость окисления увеличивается (рисунок 3). №
з,« -
3-3 -
4 3
—г~
1,14
1,29
1,43
1/Т -10-
Рисунок 3 - Зависимость -1§К от 1/Т для алюминиевого сплава АЖ4.5(1) с висмутом, мас.%:
0.05(2); 0.1(3); 0.5(4); 1.0(5), в твердом состоянии
Изохронны окисления алюминиевого сплава АЖ4.5, легированных висмутом, представлены на рисунке 4. Видно, что с увеличением концентрации висмута скорость окисления первоначально
увеличивается, а затем при 10-минутной выдержке в окислительной атмосфере (кривая 1), так и при 20-минутной выдержке (кривая 2) имеет прямолинейный характер. Эта закономерность более четко выражается при 873 К (рис. 4(6).
Рисунок 4 - Изохронны окисления алюминиевого сплава АЖ4.5, легированного висмутом, при 773 (а) и 873 (б) К в твердом состоянии
Результаты математической обработки квадратичных кинетических кривых окисления для алюминиевого сплава АЖ4.5, содержащего 0.05; 0.1; 0.5; 1.0 мас.% висмута, приведены в таблице 2. Следует отметить, что уравнения кривых окисления сплавов подчиняется гиперболической зависимости.
Динамика роста удельной массы образцов для алюминиевого сплава АЖ4.5 с висмутом в зависимости от времени и температуры показывает, что с увеличением температуры возрастает скорость окисления.
Таблица 2 - Результаты математической обработки квадратичных кинетических кривых окисления алюминиевого сплава АЖ4.5, легированного висмутом, в твёрдом состоянии
Содержание висмута в сплаве АЖ4.5, мас.% Темпер атура окислен ия,К Полиномы квадратичных кинетических кривых окисления сплавов Коэффи циент корреля ции R
0.0 773 823 873 У = -0.5 •ЮУ + 0.059x2 + 1.948x у = -0.5 • 10У + 0.042x2 + 1.362x у = -0.5-103 x4+ 0.049x2 + 1.218* 0.997 0.992 0.991
0.05 773 823 873 у = - 0.038x2 + 1.452x у = -0.5-103 x4+ 0.054x2 + 1.464x у = - 0.048x2 + 1.279x 0.997 0.987 0.988
0.1 773 823 873 у = - 0.038x2 + 1.397x у =-0.6-103 x5 +0.009x3+0.104x2+0.631x у = -0.5-103 x4+ 0.038x2 + 1.14^ 0.992 0.998 0.996
0.5 773 823 873 у = - 0.048x2 + 1.54^ у = -0.5405 x4+ 0.046x2 + 1.425x у = -0.5-103 x4+ 0.036x2 + 1.121x 0.996 0.986 0.992
1.0 773 823 873 у = - 0.036x2 + 1.407x у = -0.5405 x4+ 0.03 5x2 + 1.3 00x у = - 0.035x2 + 1.156x 0.996 0.990 0.986
Методом рентгенофазового анализа исследован состав продуктов окисления алюминиевого сплава АЖ4.5 содержащего висмут. На рисунке 5 показаны рентгенограммы продуктов окисления алюминиевого сплава АЖ4.5, легированного 1 мас.% висмута. Основные продукты окисления исследованного сплава состоят из: у,а — Al2O3; P-Bi2O3; Bi2O3; Fe2O3; BiAЮ4; FeAЮ3.
1600014000120001000080006000 4000 2000 2000
600абаа оааба da
ta - background
А . / л
- 29-42 Al
- 31 -26 Al
- 18-244 b _ 44-1246
uminum Iron uminum Oxide eta-Bismuth Oxide Bismuth
■jl
111
Рисунок 5 - Рентгенограммы продуктов окисления алюминиевого сплава АЖ4.5, легированного 1.0 мас. % висмутом
Вывод Термогравиметрическим методом исследованы кинетические окисления алюминиевого сплава АЖ4.5, легированного висмутом. Установлены следующие закономерности измерения кинетических и энергетических характеристик процесса окисления сплавов в твердом состоянии:
-4 2 1
выявлено, что истинная скорость окисления сплавов имеет порядок 10 кгм- сек-; показано, что низкие значения кажущейся энергии активации характерны для алюминиевого сплава АЖ4.5 с 0.5 и 1.0 мас.% висмутом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Белецкий, В.М. Алюминиевые сплавы (Состав, свойства, технология, применение) / В.М. Белецкий, Г.А. Кривов. -К.: //Комитех, 2005. 365 с.
2. Луц, А.Р. Алюминий и его сплавы / А.Р. Луц, А.А. Суслина. -Самара: Самарский государственный технический университет, 2013. 81 с.
3. Умарова Т.М. Коррозия двойных алюминиевых сплавов в нейтральных средах / Т.М. Умарова И.Н. Ганиев. //Душанбе: Дониш, 2007. 258 с.
4. Дриц М.Е. Алюминиевые сплавы. Свойства, обработка применение / М.Е. Дриц. -М.: Металлургия, 1979. 679 с.
5. Chen, X.G. Growth mechanisms of intermetallic phases in DC cast AA1XXX alloys / X.G. Chen // Essential Readings in Light Metals. Cast Shop for Aluminum Production. 2013. Vol. 3. P. 460-465.
6. Grange, D.A. Microstructure control in ingots of aluminium alloys with an emphasis on grain refinement / D.A. Grange // Essential Readings in Light Metals. Cast Shop for Aluminum Production. 2013. Vol. 3. P. 354-365.
7. Geoffrey, K.S. Fundamentals of Solidification in Aluminum Castings / K.S. Geoffrey // International Journal of Metalcasting. 2014. Vol. 8. Iss. 1. P. 7-20.
8. Лепинских, Б.М. Окисление жидких металлов и сплавов / Б.М. Лепинских, А. Киташев, А. Белоусов. // М.: Наука, 1973. 106 с.
9. Лепинских, Б.М. Об окислении жидких металлов и сплавов кислородом из газовой фазы / Б.М. Лепинских, В. Кисилёв // Изв. АН СССР. Металлы. 1974. № 5. С. 51-54.
10. Зокиров, Ф.Ш. Влияние кальция на кинетику окисления сплава АК12М2 в твердом состоянии / Ф.Ш. Зокиров, И.Н. Ганиев, Н.И. Ганиева М.М. Сангов // Вестник Таджикского национального университета. Серия естественных наук. 2018. № 4. С. 130-138.
11. Джайлоев, ДжХ. Кинетика окисления алюминиевого сплава АЖ2.18 с кальцием / ДжХ. Джайлоев, И.Н. Ганиев, А.Х. Хакимов, Х.Х. Азимов // Вестник Таджикского национального университета. Серия естественных наук. 2018. № 4. С. 214-220.
12. Назаров, Ш.А. Кинетика окисления сплава Al+6%Li, модифицированного лантаном в твердом состоянии / Ш.А. Назаров, И.Н. Ганиев, Irene Calliari., А.Э. Бердиев, Н.И. Ганиева // Металлы. 2018. № 1. С. 34-40.
13. Назаров, Ш.А. Кинетика окисления сплава Al+6%Li, модифицированного церием / Ш.А. Назаров, И.Н. Ганиев, Б.Б. Эшов, Н.И. Ганиева // Металлы. 2018. №. 3 С. 33-38.
14. Ганиев, И.Н. Особенности окисления алюминиевых расплавов с редкоземельными металлами / И.Н. Ганиев, Н.И. Ганиева, Д.Б. Эшова // Металлы. 2018. № 3. С. 39-47.
15. Норова, М.Т. Кинетика окисления сплава АМг0.2 с лантаном, празеодимом и неодимом в твёрдом состоянии / М.Т. Норова, И.Н. Ганиев, Б.Б. Эшов // Известия Санкт-Петербургского государственного технического института (технологического университета). 2018. № 44 (70). С. 35-39.
16. Ганиев, И.Н. Кинетика окисления сплава АК9М2, легированного скандием / И.Н. Ганиев, ДжТ. Ашурматов, С.С. Гулов, А.Э. Бердиев // Доклады Академия наук Республики Таджикистан. 2017. Т. 60. № 10. С. 552-556.
О Bi1%
1500
1000
500
0
0.0
10.0
20.0
50.0
60.0
