CC BY
26
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2015, том 58, №9_
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 669.715:620.193
Н.Ш.Вазиров*, академик АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиев, Н.И.Ганиева*, А.Э.Бердиев,
М.Т.Норова
ВЛИЯНИЕ ПРАЗЕОДИМА НА КИНЕТИКУ ОКИСЛЕНИЯ СПЛАВА АМг6
В ТВЁРДОМ СОСТОЯНИИ
Таджикский технический университет им. академика М.Осими, Институт химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан
Термогравиметрическим методом исследовано взаимодействие алюминиево-магниевого сплава АМг6, содержащего празеодим, с кислородом воздуха в интервале 673-873 К. Добавки празеодима уменьшают скорость окисления исходного сплава, что сопровождается возрастанием величины кажущейся энергии активации процесса окисления от 37.8 до 73.4 кДж/моль.
Ключевые слова: сплав АМг6 - празеодим - термогравиметрический метод - кинетика окисления -истинная скорость окисления - энергия активации.
Алюминиево-магниевые сплавы широко используются в промышленности. С ростом содержания магния в сплавах типа «магналии» твёрдость и усталостная прочность повышаются, а пластичность понижается.
К сплавам системы Al-Mg относится большая группа широко используемых в промышленности сплавов типа АМг1, АМг2, АМг3, АМг4 и АМг6. Эти сплавы отличаются высокой пластичностью, хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью. В ряде работ [1-4] показано, что алюминиево-магниевые сплавы проявляют высокую стойкость к питтинговой коррозии под действием различных ионов в оборотной охлаждающей воде.
Изучение кинетики процесса окисления сплава АМг6 с празеодимом в твёрдом состоянии проводилось методом термогравиметрии с использованием установки, принцип работы которой описан в работе [5]. Празеодим ^г) в исходный сплав введён в виде лигатуры Al + 10% мас.% Pr из расчёта содержания его в сплаве 0.01, 0.05, 0.1 и 0.5 мас.%.
Результаты исследования представлены на рис. 1-3 и в табл. 1, 2.
Для исследования влияния празеодима на кинетику окисления сплава АМг6 была синтезирована серия сплавов с содержанием празеодима 0.01, 0.05, 0.1 и 0.5 мас.%.
Адрес для корреспонденции: Вазиров Назир Шамирович. 734042, Республика Таджикистан, г.Душанбе, пр. акад. Раджабовых, 10а, Таджикский технический университет. E-mail: [email protected]
Таблица 1
Кинетические и энергетические параметры процесса окисления сплава АMг6, легированного празеодимом, в твёрдом состоянии
Содержание Рг в сплаве АМг6, мас.% Температура окисления, К Истинная скорость окисления К10-4, кгм-2.с-1 Кажущаяся энергия активации окисления, кДж/моль
0.0 673 3.04 37.8
773 3.56
873 4.12
0.01 673 2.92 39.5
773 3.23
873 3.86
0.05 673 2.66 44.6
773 3.00
873 3.45
0.1 673 2.13 60.7
773 2.52
873 3.11
0.5 673 1.89 73.4
773 2.06
873 2.76
Окисления сплавов в твёрдом состоянии проводили на воздухе, для чего измеряли прибыль массы образцов вследствие роста оксидной пленки во времени при постоянной температуре.
Кинетику окисления исходного сплава АМг6 в твёрдом состоянии исследовали при температурах 673, 773 и 873 К (рис.1а). Сформировавшаяся оксидная пленка в начальных стадиях процесса, по-видимому, не обладает достаточными защитными свойствами, о чём свидетельствует рост скорости окисления, которую вычисляли по касательным, проведённым к нескольким точкам кривых окисления, а значение кажущейся энергии активации вычисляли по тангенсу угла наклона зависимости 1§К-1/Т. Значение скорости окисления сплава АМг6 при температурах 673, 773 и 873 К составляет 3.04-10-4, 3.56-10-4 и 4.12-10-4 кг/м-2-сек-1, соответственно (табл. 1).
§/8, кг/м2
2.8 -
2.1 -
1.4 -
0.7 -
0
30
^ мин.
0 10 20
Рис. 1. Кинетические кривые окисления сплава АМг6(а),легированного празеодимом, мас.%: 0.01 (б), 0.05(в).
В качестве примера на рис.1б представлены кинетические кривые окисления сплава АМг6, легированного 0.01 мас.% празеодимом. Кривые характеризуются резким повышением удельного веса образца в начальном периоде процесса окисления с последующим замедлением. Окисление заканчивается примерно к 15-20 минутам, так как после этого не наблюдается изменения веса образца вплоть до 30 минут. Сплав, содержащий 0.01 мас.% празеодима, характеризуется пониженной окис-ляемостью по сравнению с исходным сплавом. Уменьшение скорости окисления сопровождается увеличением кажущейся энергии активации. Если значение энергии активации исходного сплава составляет 37.8 кДж/моль, то значение этого параметра для легированного сплава равняется 39.5 кДж/моль. Это свидетельствует о том, что для протекания процесса окисления данного состава необходимо затратить несколько больше энергии.
^)М02, кг2/ м4
мин.
Рис. 2. Кинетические кривые окисления сплава АМг6, легированного празеодимом, мас.%: 0.1 (а); 0.5(б).
Такая закономерность влияния празеодима на окисляемость сплава АМг6 наблюдается для всех исследованных сплавов. Сплав АМг6, содержащий 0.5 мас.% празеодима, имеет наименьшую скорость окисления по сравнению с исходным сплавом.
Окисление сплава АМг6, содержащего празеодим, проводилось в твёрдом состоянии в интервале температур 673-873 К. Приведённые на рис.2 кривые подчиняются уравнению У=Ктп, в котором п меняется от 2 до 5 в зависимости от состава окисляемого сплава (табл.2). Судя по нелинейной зависимости (рис.2) и данным табл.2, следует заключить, что характер окисления сплавов подчиняется гиперболической зависимости.
Как следует из данных табл.1, при данных температурах и содержании празеодима уменьшение скорости окисления сплавов сопровождается увеличением кажущейся энергии активации.
Таблица 2
Результаты обработки кривых окисления сплава АМгб, легированного празеодимом,
в твёрдом состоянии
Содержание празеодимом в сплаве АМгб, мас.% Температура окисления, К Уравнения кривых окисления Коэффициент регрессии, R
0.0 673 723 873 y = 1E-05x4 - 0.0008x3 + 0.0091x2 + 0.1243x y = 1E-05x4 - 0.0008x3 + 0.01x2 + 0.1246x y = 1E-05x4 - 0.0007x3 + 0.0082x2 + 0.1646x 0.995 0.996 0.998
0.1 673 723 873 y = 3E-05x4 - 0.0024x3 + 0.0487x2 - 0.1344x y = 6E-05x4 - 0.0037x3 + 0.0712x2 - 0.1893x y = 6E-05x4 - 0.0043x3 + 0.0822x2 - 0.2035x 0.985 0.984 0.990
0.5 673 723 873 y = 3E-05x4 - 0.0023x3 + 0.0471x2 - 0.1291x y = 5E-05x4 - 0.0032x3 + 0.063x2 - 0.1617x y = 6E-05x4 - 0.0043x3 + 0.0835x2 - 0.2173x 0.984 0.986 0.990
На рис. 3 изображена логарифмическая зависимость ^К — 1/ Т для сплава АМгб, содержащего 0.01, 0.05, 0.1, и 0.5 мас.% празеодима. Кривые имеют прямолинейный характер. Видно, что с ростом температуры скорость окисления увеличивается.
№ ^
3.0
3.5
4.0
2
3
4
5
_L
1.1 1.3 1.5 1/T103
Рис. 3. Зависимость lgK от 1/Т для сплава АМгб (1), легированного празеодимом, мас.%: 0.01(2), 0.05(3), 0.1(4),
0.5(5).
Таким образом, в результате исследования установлены основные кинетические параметры и механизм процесса окисления легированного празеодимом сплава АМгб в твёрдом состоянии. Показано, что добавки празеодима уменьшают скорость окисления исходного сплава и процесс протекает по гиперболическому закону. Скорость окисления сплавов имеет порядок 10"4 кг/м"2 с-1.
Поступило 14.06.2015 г.
1
ЛИТЕРАТУРА
1. Ганиев И.Н., Умарова Т.М., Обидов З.Р. Коррозия двойных сплавов алюминия с элементами периодической системы. - Германия: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2011, 198 с.
2. Нарзиев Б.Ш., Ганиев И.Н. Анодное поведение и окисления сплава Al+0.2%Mg с РЗМ. - Германия: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012, 100 с.
3. Кеще Г. Коррозия металлов. - М.: Металлургия. 1984, 400 с.
4. Сафаров А.М., Ганиев И.Н., Одинаев Х.О. Физикохимия алюминиевых сплавов с бериллием и редкоземельными металлами. - Душанбе: Изд. Отделения филиала МГУ в г.Душанбе, 2011, 284 с.
5. Бердиев А.Э., Ганиев И.Н., Гулов С.С. Силумины, модифицированные элементами подгруппы германия и стронция. - Германия: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2011, 152 с.
Н.Ш.Вазиров*, И.Н.Раниев, Н.И.Раниева*, А.Э.Бердиев, М.Т.Норова ТАЪСИРИ ПРАЗЕОДИМ БА КИНЕТИКАИ ОКСИДШАВИИ ХУЛАИ АМг6
ДАР ХОЛАТИ САХТ
*Донишго%и техникии Тоцикистон ба номи академик М.С.Осими, Институти химияи ба номи В.И.Никитини Академияи илмх;ои Цум^урии Тоцикистон
Бо усули термогравметрй оксидшавиии хулаи АМг6, ки бо празеодим чавхдронидашудааст, дар мухити оксигени хаво дар худуди 673-873 К, тахкик карда шудааст. Нишон дода шудааст, ки иловаи празеодим суръати оксидшавии хулаи АМг6-ро кам мекунад, ки ин ба зиёдшавии кимати энергияи фаъолкунй дар раванди оксидшавй аз 37.8 то 73.4 кДж/моль, равона шудааст.
Калима^ои калиди: хулаи АМгб - празеодим - усули термогравметрй - кинетикаи оксидшавй -суръати х,ацщии оксидшавй - энергияи фаъолкунй.
N.Sh.Vazirov*, I.N.Ganiev, A.E.Berdiev, N.I.Ganieva*, M.T.Norova PRASEODYMIUM INFLUENCE ON THE KINETICS OF OXIDATION OF THE
ALLOY IN THE SOLID STATE AMg6
Tajik Technical University named after academician M.S.Osimi, V.I.Nikitin Institute of Chemistry Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan By thermogravimetric method the interacting of AMg6 alloy, which contains praseodymium with atmospheric oxygen on the range 673-873 К has been analyzed. Addition of praseodymium decreases the speed of corrosion (oxidation), which is accompanied by increasing the volume of apparent energy of corrosion process activation from 37,8 to 73,4 кДж/моль.
Key words: alloy AMg6 - praseodymium - thermal gravimetric method - oxidation kinetics - the real rate of oxidation - the activation energy.
