CC BY
107
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ____________________________________2011, том 54, №11_________________________________
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 669.71
З.Низомов, Б.Гулов , академик АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиев , Р.Х.Саидов ,
А.Э.Бердиев
ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ТЕПЛОЁМКОСТИ СПЛАВА А^М2, ЛЕГИРОВАННОГО РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ МЕТАЛЛАМИ
Таджикский национальный университет,
Государственное научно-экспериментальное и производственное учреждение
АН Республики Таджикистан,
Институт химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан
Экспериментально исследована удельная теплоёмкость сплава АК1М2, легированного празеодимом, неодимом, иттрием и скандием в широком интервале температур.
Ключевые слова: удельная теплоёмкость - сплав АК1М2, легированный празеодимом, неодимом, скандием и иттрием.
Алюминиевые сплавы, наряду с сохранением достоинств алюминия, обладают значительно более высокой прочностью и требуемыми эксплуатационно-технологическими характеристиками. Кремний является наиболее используемой добавкой в литейных сплавах. Редкоземельные металлы (РЗМ) оказывают эффективное легирующее и модифицирующее действие на структуру сплавов [1]. По свойствам к РЗМ близки скандий и иттрий. Измерения теплоёмкости и её температурного хода играют большую роль в физико-химических исследованиях сплавов. В литературе практически отсутствуют экспериментальные данные по теплоёмкости, легированных РЗМ алюминиевых сплавов. В данной работе приведены результаты экспериментального исследования температурной зависимости удельной теплоёмкости сплава АК1М2 на основе особо чистого алюминия, легированного празеодимом, неодимом, скандием и иттрием. Сплав АК1М2 на основе особо чистого алюминия используется в микроэлектронике как мишень для получения проводящих дорожек в интегральных микросхемах [2]. Теплоёмкость измеряли методом охлаждения [3]. Для измерения температуры пользовались измерителем Digital Multimeter UT71B с прямой фиксацией результатов измерений на компьютере в виде таблицы. Точность измерения температуры составила 0.1°С. Обработка результатов измерений производилась с помощью программы MS Excel. Графики строились с помощью программы Sigma Plot.
Экспериментально полученные временные зависимости температуры образцов с достаточно хорошей точностью описываются уравнением вида
„ -Ьт -кт
і = ae + pe , (1)
Адрес для корреспонденции: Низомов Зиёвуддин. 734025, Республика Таджикистан, г. Душанбе, пр. Рудаки, 17, Таджикский национальный университет. E-mail: [email protected]
где а, Ь, р, к - константы, т - время охлаждения. Дифференцируя уравнение (1) по т, получаем уравнение для скорости охлаждения образцов
ёТ / ёт = -аЪе "Ът - рке кт .
По этой формуле нами были вычислены скорости охлаждения образцов (см.табл.).
Таблица
Значения а, Ь, р, к, аЬ, рк и плотности р для исследованных сплавов
Сплав а,К Ь,с-1 Р,К к,с-1 (а*Ь).К/с-1 (р*к).К/с-1 р,кг/м3
А1 (А7) 477.327 0.003 384.5595 0.0001 1.4320 0.0384 2649.93
А1(ОСЧ) 520.6409 0.0025 358.4859 0.000073 1.3016 0.0262 2606.16
Си 506.6335 0.0052 373.6563 0.0001 2.6345 0.0374 8922.8
АК1 462.8311 0.0031 407.4268 0.0002 1.4348 0.0815 2623.53
АК1+Си2%(1) 534.7927 0.0032 373.5966 0.0001 1.7113 0.0374 2649.93
(1)+№ 0.005 568.6838 0.0029 350.8176 9.26Е-05 1.6492 0.0325 2587.41
(1)+ш 0.05 618.6935 0.0027 331.1196 6.19Е-05 1.6705 0.0205 2608.39
(1)+№ 0.1 607.1384 0.0029 344.215 8.22Е-05 1.7607 0.0283 2620.45
(1)+ш 0.5 581.3754 0.0028 340.6075 8.18Е-05 1.6278 0.0279 2623.53
(1)+Рг 0.005 600.1241 0.0029 352.1813 9.80Е-05 1.7404 0.0345 2592.6
(1)+Рг 0.05 599.5825 0.0026 323.6819 5.00Е-05 1.5589 0.0162 2610.6
(1)+Рг 0.1 594.9183 0.0026 325.2654 4.58Е-05 1.5468 0.0149 2614.83
(1)+Рг 0.5 569.3923 0.0028 343.6284 7.65Е-05 1.5943 0.0263 2638.8
(1)+8с 0.005 569.8488 0.0026 346.136 7.58Е-05 1.4816 0.0262 2603.49
(1)+8с 0.05 571.6714 0.0026 347.6669 7.75Е-05 1.4863 0.0269 2615.06
(1)+8с 0.1 566.5798 0.0026 350.6165 8.01Е-05 1.4731 0.0281 2629.8
(1)+8с 0.5 537.7818 0.0027 367.7403 0.0001 1.4520 0.0368 2632.5
(1)+У 0.005 560.761 0.0029 346.203 9.09Е-05 1.6262 0.0315 2571.4
(1)+У 0.05 602.2994 0.0027 322.3571 4.98Е-05 1.6262 0.0160 2623.53
(1)+У 0.1 557.438 0.0028 347.9058 9.14Е-05 1.5608 0.0318 2641.52
(1)+У 0.5 575.131 0.0028 343.6705 8.80Е-05 1.6104 0.0303 2655.1
Ранее в работе [4] было показано, что величины коэффициента теплоотдачи а(Т) для меди, алюминия и цинка сильно отличаются. Для легированных сплавов исследованной группы АК1М2
использовали уравнение |а(Т)| = -4.7850 + 0.0418Т + 4.2516-10 5Т2 -5.7191-10" 8Т3, считая, что
оно не зависит от концентрации легирующего металла. Далее нами вычислена величина удельной теплоёмкости легированных сплавов по формуле
|а(Т )| 5 (Т—Т0)
= 4%) '
где т и - соответственно масса и площадь поверхности образца, Т и Т0 - температуры образца и
окружающей среды. На рис.1-4 приведена зависимость удельной теплоёмкости сплава АК1М2, легированного празеодимом, скандием, иттрием и неодимом, от температуры.
Как видно из рис. 1-4, при низких температурах теплоёмкость сплавов, легированных празеодимом, иттрием и неодимом, меньше, чем исходного сплава, а при высоких температурах больше для всех концентраций. Из рис. 2 видно, что для сплавов со скандием при всех температурах теплоёмкость легированного сплава выше, чем у исходного.
На рис.5 приведен график зависимости удельной теплоёмкости чистых скандия, иттрия, празеодима и неодима от температуры.
Рис.1. Зависимость СР (Г) от температуры сплава АК1М2, легированного празеодимом, мас.%: 0.0(1); 0.005(2);
0.05(3); 0.1(4) и 0.5(5).
Рис.2. Зависимость СР (Г) от температуры сплава АК1М2, легированного скандием, мас.%: 0.0(1); 0.005(2);
0.05(3); 0.1(4) и 0.5(5).
Рис.3. Зависимость СР (Г) от температуры сплава АК1М2, легированного иттрием, мас.%: 0.0(1); 0.005(2);
0.05(3); 0.1(4) и 0.5(5).
Рис.4. Зависимость Єр (T) от температуры сплава АК1М2, легированного неодимом, мас.%: G.G(1); G.GG3(2);
G.G3(3); G. 1(4) и 0.3(3).
700 -] С, Дж/(кг К)
600 -
500
400 -
300 -
200
100
.2
З
Т,К
200
З00
400
500
600
700
B00
900
Рис.5. Температурная зависимость удельной теплоёмкости скандия (1), иттрия (2), празеодима (3) и
неодима (4).
Обработкой с помощью программы Sigma Plot экспериментальных данных [5] получены следующие уравнения удельной теплоёмкости (Дж/(кг К) для скандия, иттрия, празеодима и неодима (в скобках указаны соответствующие коэффициенты регрессии):
C„=463.5476+0.5450 Т-0.0008 Т2+З.18З2 Ю'7 Т3 (R=G.9997);
C„=278.2143+0.0604 Т+1.7857 10"3 Т2-8.6689 Ю"19 Т3 (R=G.9999);
Cр=174.5357-0.0071 Т+0.0002 Т2-6.1111 Ю‘8 Т3 (R=G.9993);
Cр=95.2619+0.4487 Т-0.0006 Т2+3.7963 Ю^7 Т3 (R=G.9988).
Приведённые на рис. 1-4 температурные зависимости теплоёмкости сплава АК1М2, содержащего различные концентрации РЗМ, показывают, что теплоёмкость легированного скандием и иттрием сплава очень слабо зависит от концентрации. Температурная зависимость теплоёмкости легированного РЗМ сплава АК1М2 определяется растворимостью РЗМ в нём.
Поступило 03.10.2011 г.
1
4
92G
ЛИТЕРАТУРА
1. Савицкий Е.М., Терехова В.Ф., Наумкин О.П. - УФН, т. LXXX1X, вып.2, 1963, с.263-293.
2. Вахобов А.В., Обидов Ф.У., Вахобова Р.У. Высокочистый алюминий и его сплавы. ч.1. -НПИЦентр. - Душанбе, 1994,100 с.
3. Низомов З., Гулов Б.Н. и др. - Вестник Национального университета, 2010, № 3(59), с.136-141.
4. Низомов З., Саидов Р.Х. и др. - Матер. междунар. конф. «Современные проблемы физики конденсированных сред и астрофизики». - Душанбе: Бахт LTD, 2010, с.38-41.
5. Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. - М.: Металлургия, 1989, 384 с.
З.Низомов, Б.Гулов*, И.Н.Ганиев**, РД.Саидов*, А.Э.Бердиев**
ВОБАСТАГИИ ГАРМОТУН^ОИШИ ХУЛАИ АК1М2 БО ИЛОВАИ МЕТАЛ^ОИ НОДИРЗАМИНЙ
Донишго^и миллии Тоцикистон,
*Муассисаи илмй-тацрибавй ва исте^солии Академияи илм^ои Цум^урии Тоцикистон, **Институти химияи ба номи В.И.Никитини Академияи илмх;ои Цум^урии Тоцикистон
Дар макола натичаи ченкунии гармигунчоиши хулаи алюминийи навъи АК1М2, ки бо празеодим, неодим, скандий ва иттрий чавхаронида шудааст дар худуди васеи харорат оварда шудааст.
Калима^ои калиди: гармшущоиши хос - хулаи АК1М2, цав^аронидан бо празеодим, неодим, скандий ва иттрий - вобастагии уароратии гармигущоиш.
Z.Nizomov, B.Gulov*, I.N.Ganiev**, R.H.Saidov*, A.E.Berdiev*
WARM-UP DEPENDENCY OF SPECIFIC THERMAL CAPACITY ALLOY ASLM2 CONTAINING REM
Tajik National University,
State Scientifically-Experimental and Production Institution,
Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan,
**V.I.Nikitin Institute of Chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan Experimental explored specific thermal capacity alloy AS1+2% Cu containing praseodymium, neodymium, yttrium and scandium in broad interval of the temperature.
Key words: specific thermal capacity - alloy AS1M2, containing REM - scandium and yttrium - warm-up dependency.
