Теплоемкость алюминиево-железовых сплавов с индием и таллием Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН __________________________________2007, том 50, №1____________________________

ТЕПЛОФИЗИКА

УДК 536.22

З.Р.Обидов*, М.М.Сафаров*, член-корреспондент АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиев,

*

И.Т.Амонов

ТЕПЛОЕМКОСТЬ АЛЮМИНИЕВО-ЖЕЛЕЗОВЫХ СПЛАВОВ С ИНДИЕМ И ТАЛЛИЕМ

Теплофизические свойства материалов: теплоемкость, плотность, теплопроводность, температуропроводность являются важнейшими физическими характеристиками, определяющими закономерности поведения этих материалов при различных внешних воздействиях. К сожалению, до настоящего времени такие сведения весьма скупы даже для элементов, а имеющиеся данные носят разрозненный и часто противоречивый характер.

Литейные алюминиевые сплавы, обладают коррозионностойкими свойствами. Из таких сплавов отливают цилиндры, корпуса, поршни, кронштейны и другие детали авиационных и автомобильных двигателей.

Исследование теплофизических свойств сплавов алюминия в зависимости от температуры представляет важную научную проблему, имеющую большую практическую значимость.

С практической точки зрения сведения о теплофизических свойствах металлов и сплавов важны для высокотемпературной техники, без них невозможно создание надежных аппаратов и конструкций в авиации, космической и лазерной технике, атомной энергетике, прогнозирование поведения материалов в экстремальных условиях. Исследования в высокотемпературной области необходимы для создания многих новых композиционных материалов на основе переходных металлов с лучшими или принципиально новыми физическими свойствами. Отсутствие указанных данных образует пробел в справочных данных о свойствах чистых переходных металлов и их сплавов, а также ограничивает возможности теоретического описания явлений переноса в этих веществах при высоких температурах. Кроме того, существующие нестационарные методы измерения высокотемпературных теплофизических свойств осуществляются с большим температурным шагом, что существенно снижает достоверность имеющихся экспериментальных данных, особенно вблизи магнитных и структурных фазовых переходов. С научной точки зрения изучение комплекса теплофизических свойств чистых металлов и сплавов на их основе в широком интервале температур интересно тем, что они являются удобными модельными объектами.

Анализ экспериментальных данных о теплофизических свойствах этих веществ при высоких температурах позволяет установить основные механизмы переноса и рассеяния теп-

ла в этих условиях не только в чистых металлах, но и в указанных сплавах, а также проверить возможность применимости теоретических представлений, принятых в настоящее время для переходных металлов. Данная работа, посвященная исследованию теплоемкости алю-миниево-железовых сплавов с индием и таллием, в широкой области температур, имеет целью хотя бы частично восполнить пробел в экспериментальном изучении указанных свойств в интервале температур 298-673 К и анализе особенностей механизмов переноса тепловой энергии в этих веществах при указанных условиях.

Теплоемкость алюминиево-железовых сплавов с индием и таллием измеряли на установках, разработанных профессором Е.С.Платуновым и его учениками и изготовленных Актюбинском заводом (ИТл-400) [1]. Подробная схема, методика измерения и расчет погрешности измеряемых величин приведены в работе [1].

Результаты исследования представлены в табл. 1,2, значение коэффициентов А и В в уравнении теплоемкости в табл. 3. Как видно из табл. 1,2, с ростом температуры теплоемкость исследуемых сплавов увеличивается, а с увеличением концентрации таллия и индия уменьшается. Наименьшее значение теплоемкости при температуры 298 К имеет сплав, содержащий 1% индия. Согласно табл.1,2, теплопроводность сплавов алюминия с железом (А1+2.18% Бе) зависит от теплопроводности таллия и индия. Согласно [1], теплопроводность таллия меньше, чем теплопроводность индия, соответственно теплопроводность сплавов, содержащих индий, больше, чем теплопроводность сплавов с таллием во всем интервале температур.

Таблица 1

Температурная зависимость теплоемкости (Ср, Дж/(кг-К)) сплава

А1+2.18% Бе, легированного индием

Температура, К Добавка индия, мас.%

0.005 0.01 0.05 0.1 0.5 1

298 906.9 906.9 906.7 906.5 905.0 902.8

323 914.8 914.9 914.7 914.4 912.8 910.7

348 922.7 922.8 922.6 922.3 920.6 918.6

373 930.8 930.5 930.5 930.2 928.5 926.5

398 938.5 938.6 938.4 938.0 936.4 934.3

423 948.4 948.5 948.3 948.0 946.4 944.2

448 957.3 958.4 957.2 957.1 956.0 954.0

473 968.0 968.2 968.0 967.8 966.0 963.8

498 979.0 978.0 977.8 977.6 975.8 973.7

523 987.9 990.0 989.8 989.5 987.7 985.5

548 999.8 999.9 999.7 999.4 997.5 995.3

573 1011.6 1001.8 1001.6 1001.3 999.5 997.3

598 1026.4 1026.5 1026.3 1026.0 1024.0 1022.0

623 1037.3 1037.4 1037.2 1037.0 1035.0 1032.8

648 1052.0 1055.2 1054.8 1054.7 1052.7 1050.2

673 1069.9 1070.2 1069.8 1069.5 1067.5 1065.2

Таблица 2

Температурная зависимость теплоемкости (Ср, Дж/(кг-К)) сплава А1+2.18% Бе, легированного таллием

Температура, К Добавка таллия, мас.%

0.005 0.01 0.05 0.1 0.5 1

298 899.9 900.1 899.8 899.6 897.1 894.1

323 907.6 907.9 907.7 907.4 904.9 902.0

348 914.7 914.8 914.5 914.3 911.7 908.7

373 922.9 922.7 922.4 922.1 919.6 916.4

398 931.4 931.5 931.2 930.9 928.3 925.2

423 940.1 940.3 940.0 939.7 937.1 934.0

448 950.1 950.1 949.8 949.5 946.9 943.7

473 960.3 959.9 959.6 959.3 956.7 953.5

498 970.1 970.7 970.4 970.1 967.4 964.2

523 877.4 877.5 877.3 877.0 874.6 871.6

548 993.1 993.3 992.9 992.6 989.9 986.6

573 1005.1 1005.1 1004.7 1004.4 1001.6 998.3

598 1017.6 1017.8 1017.5 1017.1 1014.3 1010.9

623 1030.3 1030.5 1030.2 1029.9 1027.0 1023.6

648 1043.9 1044.2 1043.9 1043.6 1040.7 1037.2

673 1057.6 1057.9 1057.6 1057.3 1054.4 1050.8

Удельная теплоемкость сплавов алюминия зависит от удельной теплоемкости и концентрации его компонентов и определяется формулой

п

Ср= X Ст/,

/=1

где С/ и ш/ - соответственно удельная теплоемкость (Дж/(кг-К)) и относительное массовое содержание / -го компонента сплавов.

По известным значениям удельной теплоемкости и концентрации сплавов, нами рассчитана удельная теплоемкость сплавов алюминия в зависимости от температуры (табл. 1,2).

Для обобщения экспериментальных данных нами использованы следующие соотношения

С

Ср

= /

ґ

т

Vі! У

где Ср - удельная теплоемкость исследуемых объектов в зависимости от температуры; Ср соответственно удельная теплоемкость при Т1=293 К [2,3].

Ср =

9.73 -КГ2 ґ т \ 2 + 2.56-КГ2 ( Т ^ + 0.868 > •

Т К11 т к11

А-В п

1п,Т1

где А и В - коэффициенты уравнения (1), которые приведены в таблице 3.

*

*

Таблица 3

Значение коэффициентов А и В в уравнении теплоемкости

Сплавы Коэффициенты уравнения (1)

А В

Al+2.18% Fe+In 662.5 444.4

Al+2.18% Fe+Tl -980.5 -987.9

С помощью уравнения (1) можно рассчитать теплоемкость сплавов алюминия в зависимости от температуры с погрешностью 2%, если известны их концентрации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Платунов Е.С., Буравой С.Е., Курепин З.В. Теплофизические измерения и приборы. Л.: Машиностроение, 1986, 256 с.

2. Safarov M.M., Aminov B.A., Kobuliev Z.V., Rizoev S.G. - Proceedings Florida, ICCE / 8, 2001, p. 596598.

3. Safarov M.M., Rizoev S.G., Aminov B.A., Amirov O.H., Kobuliev Z.V. - Abstract ITCC-26; ITES-14. (6-8) August 2001, USA, p. 60.

Институт химии им.В.И.Никитина Поступило 04.01.2007 г.

АН Республики Таджикистан,

Таджикский технический университет им. акад. М.С.Осими

З.Р.Обидов, М.М.Сафаров, И.Н.Ганиев, И.Т.Амонов

ГАРМОТУН^ОИШИ ХУЛАХ,ОИ АЛЮМИНИЮ О^АН, КИ ИНДИЙ ВА ТАЛЛИЙ ДОРАНД

Натичаи омузиши гармигунчоиши хулах,ои алюминию ох,ан, ки индий ва таллий доранд дар фосилаи васеъи хдрорат оварда шудааст.

Z.R.Obidov, M.M.Safarov, I.N.Ganiev, I.T.Amonov CAPACITY ALUMINUM-IRON ALLOY WITH INDIA AND THALLIUM

Capacity aluminum-iron alloy is studied with india and thallium in broad interval of the temperature.