ВЛИЯНИЕ ОЛОВА НА КИНЕТИКУ ОКИСЛЕНИЯ СПЛАВА ALFE5SI10 В ТВЁРДОМ СОСТОЯНИИ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

В целом, сплав 2п5Л1, содержащий молибден 0.01-0.1 мас.% обладают наименьшим значением скорости окисления и им соответствуют наибольшая величина эффективной энергии активации, а процесс окисления протекает с диффузионными затруднениями в оксидной плёнке.

ЛИТЕРАТУРА

1. Виткин А.И. Металлические покрытия листовой и полосовой стали. / А.И.Виткин, И.И.Тейндл - М.:

Металлургия, 1971.-493 с.

2. Обидов З.Р. - Теплофизика высоких температур, 2017, т. 55, - №1,-С. 146-149.

3. Рахимов Ф.А., Ганиев И.Н., Обидов З.Р. ДАНРТ. 2018. Т. 61. № 9-10. С. 783-787.

4. Обидов З.Р., Иброхимов П.Р., Рахимов Ф.А., Ганиев И.Н. Журнал физической химии. 2021. Т. 95. № 1. С.

152-154.

5. Хакимов И.Б., Рахимов Ф.А., Ганиев И.Н., Обидов З.Р. Известия высших учебных заведений. Серия:

Химия и химическая технология. 2021. Т. 64. № 6. - С. 35-40.

6. Хакимов И.Б., Ганиев И.Н., Обидов З.Р., Рахимов Ф.А. Известия Национальной академии наук

Таджикистана. Отделение физико-математических, химических, геологических и технических наук. 2022.

№ 2 (187).-С. 77-82.

УДК. 541. 138. 2.

ТА^СИРИ ЦАЛЪАГИ БА КИНЕТИКАИ ОКСИДШАВИИ ХУЛАИ АШе58110 ДАР Х,ОЛАТИ САХТ

НУРОВ НУРУЛЛО РА ЦАБОВИЧ,

унвонцуи Донишго%и техникии Тоцикистон ба номи академик.

М.С. Осими ш. Душанбе, хиёбони Рацабов%о, (+992) 915477568.

Бо усули термогравиметри таъсири мутацобилаи хулаи алюминийи AlFe5Si10, ки бо цалъагй цав%аронида шудааст, бо оксигени атмосфера дар %удуди %арорат%ои 773-873 К, дар %олати сахт омухта шуд. Параметр%ои кинетикии процесси оксидшави муайян карда шуданд. Нишон дода шудааст, ки баробари зиёд шудани таркиби илова%ои цавщронидашуда самараноки энергияи фаъолшавии раванди оксидшави аз 178,0 то 195,5 кЦ/мол меафзояд. Суръати оксидшавии хула%о ба 10' кг*м-2*с'1 баробар аст.

Хадафи мацола: омузиши кинетикаи оксидшавии хулаи алюминийи ЛШе58И0 бо цалъаги цавщронидашуда, дар %олати сахт.

Натицаи тадцицот: маълум карда шуд, ки дарацаи суръати %ациции оксидшавии хула%о ба 10'4 кгм-2сек-1 баробар аст; нишон дода шуд, ки арзиш%ои баланди энергияи фаъолшавии зо%ири барои хулаи алюминийи ЛШе58И0, 0,5 ва 1,0 % вазни калъаги дошта хос аст.

Калидвожахр: хулаи алюминийи ЛШе58И0, цалъаги, кинетикаи оксидшави, суръати оксидшави, энергияи фаъолшави.

ВЛИЯНИЕ ОЛОВА НА КИНЕТИКУ ОКИСЛЕНИЯ СПЛАВА АШе58110 В ТВЁРДОМ СОСТОЯНИИ

НУРОВ НУРУЛЛО РА ЧАБОВИЧ,

соискатель Таджикского технического университета имени академикаМ.С.Осими ш. Душанбе, проспект Раджабовых, (+992) 915477568

Термогравиметрическим методом исследовано взаимодействие алюминиевого сплава А1¥е5$110, легированного оловом, с кислородом воздуха в интервале температур 773-873 К в твёрдом состоянии. Определены кинетические параметры процесса окисления. Показано, что по мере увеличения содержания легирующей добавки эффективная энергия активации процесса окисления повышается от 178.0 до 195.5 кДж/моль.Скорость окисления сплавов имеет порядок 10'4 кг%м-2%с

Цель работы: исследование кинетики окисления алюминиевого сплава AlFe5Si10, легированного оловом, в твёрдом состоянии.

Результат исследования: выявлено, что истинная скорость окисления сплавов имеет порядок 10~4 кгм2 сек1; показано, что большие значения кажущейся энергии активации характерны для алюминиевого сплава А1¥е5$110 с 0.5 и 1.0 масс.% олова.

Ключевые слова: алюминиевый сплав AlFe5Si10, олово, термогравиметрический метод, кинетика окисления, истинная скорость окисления, кажущаяся энергия активации.

EFFECT OF TIN ON THE OXIDATION KINETICS OF THE ALFE5SI10 ALLOY IN THE SOLID STATE

NUROV NURULLO RACHABOVICH-

the applicant of the Tajik Technical University named after academician M.S.Osimi, c. Dushanbe, Rajabov Avenue, Phone: (+992) 915477568

The interaction of the aluminum alloy AlFe5Si10 doped with tin with atmospheric oxygen in the temperature range 773-873 K, in the solid state, was studied by the thermogravimetric method. The kinetic parameters of the oxidation process were determined. It is shown that as the content of the dopant increases, the effective activation energy of the oxidation process increases from 178.0 to 195.5 kJ/mol. The rate of oxidation of alloys is on the order of 10-4 kg%m2%s~1.

Purpose of work: to study the kinetics of oxidation of aluminum alloy AlFe5Si10 doped with tin, in the solid state.

Result of the study: it was revealed that the true rate of oxidation of alloys is of the order of 10-4 kg,m'2,sec'1; It has been shown that high values of the apparent activation energy are characteristic of the aluminum alloy AlFe5Si10 with 0.5 and 1.0 wt.% tin.

Keywords: AlFe5Si10 aluminum alloy, tin, thermogravimetric method, oxidation kinetics, true oxidation rate, apparent activation energy.

Введение. Развитие промышленности требует получения специальных материалов, удовлетворяющих требованиям машиностроителей и технологов. К таким материалам относятся алюминиевые сплавы, которые остаются одним из наиболее популярных конструкционных материалов. Алюминиевые сплавы применяют в машиностроении вместо стали, чугуна и других материалов с целью обеспечения снижения удельной металлоемкости конструкций, т.е. отношения массы машины к ее мощности. Высокие механические свойства, лёгкость, низкая температура плавления, хорошие литейные качества ставят алюминиевые сплавы в ряд конструкционных материалов как одни из первых. Это также обеспечивается неисчерпаемым количеством запасов алюминия в земной коре.

Основными потребителями алюминиевых сплавов являются авиационная промышленность, машиностроение, судостроение, строительная отрасль. В связи с этим особое значение приобретает производство и использование алюминия и его сплавов, обладающих высокой коррозионной стойкостью, механической прочностью и рядом других специфических свойств [1-2].

Важным видом химической коррозии является газовая коррозия, т.е. процесс окисления металлов при высоких температурах, химическое взаимодействие с кислородом или с другими коррозионно активными газовыми средами: сернистым газом, сероводородом, галоидами, углекислым газом и др. В результате газовой коррозии разрушаются лопатки газовых турбин, сопла ракетных двигателей, элементы электронагревателей, колосники и арматура печей и др. Высокотемпературной газовой коррозии подвергаются металлы в процессе их производства, а также при последующей эксплуатации изделий из них. В целом поведение металлов при высоких температурах определяется жаропрочностью и жаростойкостью [3-5]

Материалы и методики исследования

Для исследования влияния олова на кинетику окисления алюминиевого сплава AlFe5Si10 в твердом состоянии была синтезирована серия сплавов с содержанием олова от 0.05 до 1.0% по массе.

Исследование кинетики окисления сплавов проводили термограви-метрическим методом в изотермических условиях в атмосфере воздуха. Этот метод позволяет определить кинетические параметры окисления металлов и сплавов. К достоинствам данного метода следует отнести относительную простоту аппаратурного оформления и

возможности его использования для высоких температур (>1773 К). Полученная опытным путем кинетическая кривая содержит информацию о совокупности процессов различного типа, для описания которых нужны различные кинетические модели. Согласно линейному закону нагревания, величина константы скорости будет зависеть от температуры, поскольку термическая диссоциация происходит в изотермических условиях и по уравнению Аррениуса к = А-е"Е/КТ рассчитана скорость окисления.

Для проведения исследования собрана установка, состоящая из печи угольного сопротивления с чехлом из оксида алюминия. Изменение веса фиксировали по растяжению пружины с помощью катетометра КМ-8. В опытах использовали тигли из оксида алюминия диаметром 18-20 мм, высотой 25-26 мм. Тигли перед опытом прокаливали при температуре 1273 -1473К в окислительной среде до постоянного веса. Температуру измеряли платинородиевой термопарой, горячий конец которой находился на уровне поверхности исследуемого сплава. В качестве регистрирующего прибора температуры использовали потенциометр ПП-63. Подробная методика исследования приведена в работах [5-12]. Затем образовавшуюся оксидную пленку снимали с поверхности образца и изучали ее структуру методом рентгенофазового анализа на приборе ДРОН-1,5.

Результаты и обсуждение

Результаты исследования представлены на рисунках 1 -7 и в таблицах 1, 2. Исследования процесса окисления алюминиевого сплава АШе58И0 с 0.05-1.0 мас.% оловом, проводились при температурах 773, 823 и 873К. На рисунке 1(а,б,в) представлены кинетические кривые окисления алюминиевого сплава AlFe5Si10 (а), содержанием 0.05 % (б) и 0.1мас% (в) олова, в твердом состоянии. Из рисунка 1 (а) видно, что кинетические кривые окисления алюминиевого сплава AlFe5Si10 в твердом состоянии характеризуются боле растянутым процессом формирования оксидной плёнки на начальном этапе окисления. Скорость окисления данного сплава в зависимости от времени и температуры незначительно увеличивается. Однако рост удельной массы образца к 15 минутам приобретает постоянное значение. Истинная скорость окисления, вычисленная по касательным, проведённым от начала координат к кривым и рассчитанная по формуле K=g/s•Дt, составляет 1.4210-4 и 1.7610-4 кгм-2сек-1, соответственно при температурах 773 К и 873 К. Кажущаяся энергия активации окисления, вычисленная по тангенсу угла наклона прямой зависимости -1§К-1/Т, составляет 178,0 кДж/моль (таблица 1).

При температурах 773 К и 873 К значение истинной скорости окисления сплава, содержащего 0.05 мас.% олова, составляет 1.3010-4 и 1.6510-4 кгм-2сек-1, а при 0,1 мас. % 1,27*10-4 и 1,62*10-4 кгм-2сек-1 соответственно (рисунок 1б,в). Кажущиеся энергии активации в этом случае равны 185,1 кДж/моль и 189,3 кДж/моль. (таблица 1).

Таблица 1 - Кинетические и энергетические параметры процесса окисления алюминиевого сплава AlFe5Si10, легированного оловом, в твердом состоянии_

Содержание Температура Истинная скорость окисления К-104, -2 -1 кг м с Кажущаяся энергия

висмута в сплаве, масс.% окисления, К активации, кДж/моль

773 1.42

0.0 823 873 1.61 1.76 178.0

773 1.30

0.05 823 873 1.50 1.65 185.1

773 1.27

0.1 823 873 1.47 1.62 189.3

773 1.24

0.5 823 873 1.43 1.58 192.8

773 1.21

1.0 823 873 1.40 1.54 195.5

в и м 3» 4» 59 Я о ю 20 311 40 50 60 1,м«в. О 10 20 30 40 50 60 Мши.

Рисунок 1 - Кинетические кривые окисления алюминиевого сплава AlFe5Si10 (а), содержанием 0.05 % (б) и 0.1мас% (в) олова, в твердом состоянии

Кинетические кривые процесса окисления алюминиевого сплава AlFe5Si10, содержащего 0,5 и 1,0 мас. % олова, представлены на рис. 2а,б. Эти сплавы окисляются при температурах 773 К, 823 К и 873 К, а их истинная скорость окисления имеет следующие значения: 1,2410-4, 1,5810-4 кгм-2с-1, 1,2110-4 кгм-2с-1 и 1,54-Ш"4 кг»м-2»с-1. Кажущаяся энергия активации их в этом случае равна 192,8 кДж/моль и 195,5 кДж/моль.

5 5 10-, кгУм1

Рисунок 2 - Кинетические кривые окисления алюминиевого сплава AlFe5Si10 с оловом, мас.%: 0.5(а); 1.0(б), в твердом состоянии

Квадратичные кинетические кривые окисления алюминиевого сплава AlFe5Si10 с содержанием 0.05 ^ 1.0 мас.% олова в координатах (g/s)2-t представлены на рисунках 3 и 4. Полиномы кинетических квадратичных кривых окислений сплавов представлены в таблице 2. Непрямолинейный характер кривых свидетельствует о гиперболическом механизме окисления сплавов.

Табли ц а 2 - Полиномы квадратичных кинетических кривых окисления алюминиевого

сплава AlFe5Si10 с оловом в твердом состоянии

Добавки олова в сплаве, мас.% Температ ура окислени я, К Полиномы квадратичных кинетических кривых окисления сплавов Коэффиц иент регрессии Я

773 у =-0,610-1х4-0,610-3х3-1,24- 10-2х2+0,6639х 0,988

0.0 823 у =-0,610-2х4+0,410-3х3-3,14- 10-2х2+0,99х 0,991

873 у =-0,610-5х4+0,910-3х3-5,3910-2х2+1,354х 0,996

773 у =-0,6 10-3х4+0,5 10-3х3-1,1 • 10-2х2+0,8546х 0,990

0.05 823 у =-0,610-4х4+0,710-3х3-4,2510-2х2+1,0657х 0,991

873 у =-0,6 10-6х4+0,1- 10-3х3-5,44- 10-2х2+1,2794х 0,993

773 у =-0,610-2х4+0,410-3х3-2,64- 10-2х2+0,7671х 0,988

0.1 823 у =-0,610-3х4+0,610-3х3-3,67- 10-2х2+0,9655х 0,989

873 у =-0,610-6х4+0,910-3х3-5,08- 10-2х2+1,2041х 0,994

773 у =-0,6 10-1х4+0,3 • 10-3х3-2,23 • 10-2х2+0,6874х 0,986

0.5 823 у =-0,610-3х4+0,610-3х3-3,46- 10-2х2+0,9077х 0,990

873 у =-0,610-5х4+0,810-3х3-4,68- 10-2х2+1,1254х 0,995

773 у =-0,6 10-1х4+0,3 • 10-3х3-2,03 • 10-2х2+0,6294х 0,991

1.0 823 у =-0,610-3х4+0,510-3х3-3,1510-2х2+0,8391х 0,992

873 у =-0,610-5х4+0,710-3х3-4,26- 10-2х2+1,0434х 0,996

у* —удельный привес образцов (^в); х" —продолжительность окисления образцов.

Рисунок 3 - Квадратичные кинетические кривые окисления алюминиевого сплава АШе58П0 (а), содержащего 0.05% (б) и 0.1мас% олова, в твердом состоянии

(Е/5)Мо\ кН/м< (г/5)2-1<н, кН/м4

»873 к

873 К

823 К

773 К

О 10 20 30 40 50 60«Л|ПН-

Рисунок 4 - Квадратичные кинетические кривые окисления алюминиевого сплава AlFe5Si10 с оловом, мас.%: 0.5(а); 1.0(б).

На рисунке 5 изображена зависимость -^К от 1/Т для алюминиевого сплава AlFe5Si10, содержащего 0.05; 0.1; 0.5; 1.0 мас.% олова, которые имеют прямолинейный характер. Видно, что кривые окисления, относящиеся к сплавам с оловом, располагаются ниже кривой для исходного сплава. По тангенсу угла наклона данных прямых и была определена величина кажущейся энергиям активации процесса окисления сплавов (таблица 1).

3.8 —

4.0 —

1

2

3

4

-1-1-1-

1.14 1.21 1.2Р 1/Т ■ Ю-3

Рисунок 5 - Зависимость -lgK от 1/Т для алюминиевого сплава AlFe5Si10 с оловом,

мас.%: 0.05(2); 0.1(3); 0.5(4); 1.0(5) По результатам исследований построены изохроны окисления алюминиевого сплава AlFe5Si10, содержащего различные концентрации олова, которые представлены на рисунке 6. Кривые характеризуются монотонным увеличением скорости окисления с ростом температуры как при 10-минутной выдержке сплавов в окислительной атмосфере, так и при 20 -минутной выдержке. Эта закономерность более четко выражается при исследованных температурах, о чем также свидетельствует увеличение величины кажущейся энергии активации окисления сплавов с ростом концентрации олова (рис.6).

Рисунок 6 - Изохроны окисления алюминиевого сплава AlFe5Si10 с оловом при 773 К (а) и 873К (б)

Методом рентгенофазового анализа исследован состав продуктов окисления алюминиевого сплава AlFe5Si10 от содержания олова. На рисунке 7 показаны рентгенограммы продуктов окисления алюминиевого сплава AlFe5Sil0, легированного 1 мас.% оловом. Основные продукты окисления исследованного сплава состоят из: Fe3 Al2 ( Si

О4 )з; Sn О; Fe2.8 Sn.2 O4; Feo s Si 04; Sii 1.96 AIq.04 C>24-

2D30-

250 [1 —

2:3; —

J E-33— J333— 903 —

?333-

1333 —

' E33 -

J333-

f 33—

3

VK? IOSi+1 Sn dsts - background

Á-

-8

2S03^--—— в;

-SE

—""

-7

-330 Aluminum Iran Silicon : ~ t ItWfAllifl ¡rijtíl Si П ü Г-

Al mVnííi пёГруп"......

::¡E: TÍH Ок

вэз íra-n fin Akn-ir

SilwJA A

AJL.

[Г1

3 3 '3 3 23.3 33.3 ¿3 3 53.3 60.3 73.3

Рисунок 7 - Рентгенограммы продуктов окисления алюминиевого сплава А1Бе58110, легированного 1.0 мас. % оловом.

Вывод

Термогравиметрическим методом исследованы кинетические окисления алюминиевого сплава А1Бе58И0, легированного оловом. Установлены следующие закономерности измерения кинетических и энергетических характеристик процесса окисления сплавов в твердом состоянии: выявлено, что истинная скорость окисления сплавов имеет порядок 10-4 кгм-2сек-1; показано, что легирование оловом уменьшает скорость окисления алюминиевого сплава AlFe5Si10, что сопровождается увеличением кажущейся энергии активации процесса окисления сплавов от 178,0 до 195.5 кДж/моль.

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. Дриц, М.Е. Алюминиевые сплавы. Свойства, обработка применение / М.Е. Дриц. -М.: Металлургия, 1979 - 679 с.

4. Лепинских, Б.М. Окисление жидких металлов и сплавов / Б.М. Лепинских, А. Киташев, А. Белоусов. -М.: Наука, 1973. -106 с.

5. Лепинских, Б.М. Об окислении жидких металлов и сплавов кислородом из газовой фазы / Б.М. Лепинских,

B. Кисилёв // Изв. АН СССР. Металлы. -1974. -№ 5. - 51-54с.

6. Кубашевский О., Гопкинс Б. Окисление металлов и сплавов: Пер. с англ. -Изд. 2. 1965.- 428 с.

7. 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. -130-138с.

8. Джайлоев, Дж.Х. Кинетика окисления алюминиевого сплава АЖ2.18 с кальцием / Дж.Х. Джайлоев, И.Н. Ганиев, А.Х. Хакимов, Х.Х. Азимов // Вестник Таджикского национального университета. Серия естественных наук. -2018. -№ 4. -214-220с.

9. 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. 34-40с.

10. 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.- 33-38с.

11. Ганиев, И.Н. Особенности окисления алюминиевых расплавов с редкоземельными металлами / И.Н. Ганиев, Н.И. Ганиева, Д.Б. Эшова // Металлы. -2018.- № 3. -39-47с.

12. 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). -35-39с.

13. Ганиев, И.Н. Кинетика окисления сплава АК9М2, легированного скандием / И.Н. Ганиев, Дж.Т. Ашурматов,

C.С. Гулов, А.Э. Бердиев // Доклады Академии наук Республики Таджикистан. -2017. Т. 60. № 10. -552-556с.

ХИМИЧЕСКИЕ И МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА ШТОЛЬНОЙ ВОДЫ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ТАБОШАР

ХОДЖИЕВ САИДМУКБИЛ КОСИМОВИЧ,

кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой естественные науки Горнометаллургического института Таджикистана. Адрес: 735 730, Таджикистан, г. Бустон, ул. А. Баротова 6. Тел.: 92-732-08-41, е-mail: saidmukbil@mail.ru В статье приведены результаты исследования физико-химических параметров штольных вод месторождения Табошар. Определены параметры, превышающие значения ПДК для питьевой воды. Установлены факторы, влияющие на окружающую среду. Для исследования состава воды использованы современные приборы, которые позволили тщательно изучить её состав.

Ключевые слова: штольная вода, рН-воды, TDS, удельная электропроводность, соленость, тяжелые металлы.

CHEMICAL AND MASS SPECTROMETRIC METHODS FOR DETERMINING THE COMPOSITION OF THE ADIT WATER OF THE TABOSHAR DEPOSIT

HOJIEVSAIDMUKBIL KOSIMOVICH,

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Natural Sciences of the Mining and Metallurgical Institute of Tajikistan. Address: 735 730, Republic of Tajikistan, Buston city, St. A. Barotova 6. Tel.: 92-732-08-41, е-mail: saidmukbil@mail.ru The article presents the results of a study of the physico-chemical parameters of the adit waters of the Taboshar deposit. The parameters exceeding the norm values for drinking water have been determined. Factors affecting the environment have been established. To study the composition of water, modern devices were used, which made it possible to carefully study its composition. Keywords: adit water, pH-water, TDS, electrical conductivity, salinity, heavy metals.