Межфазное взаимодействие в системе огнеупор—расплав Al₈₆Ni₆Y₈

Межфазное взаимодействие в системе огнеупор—расплав Al₈₆Ni₆Y₈

Методом лежащей капли исследованы межфазные свойства в системе огнеупорный материал—расплав Al₈₆Ni₆Y₈. Выбраны огнеупоры и установлены температурные режимы плавки сплава данной системы....

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2008
Автори: Верховлюк, А.М., Беспалый, А.А., Шумихин, В.С., Верховлюк, П.А.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2008
Назва видання:Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87843
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Межфазное взаимодействие в системе огнеупор—расплавAl₈₆Ni₆Y₈ / А.М. Верховлюк, А.А. Беспалый, В.С.Шумихин, П.А. Верховлюк // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2008. — Т. 6, № 1. — С. 251-256. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-87843
record_format dspace
spelling irk-123456789-878432015-10-29T03:01:49Z Межфазное взаимодействие в системе огнеупор—расплав Al₈₆Ni₆Y₈ Верховлюк, А.М. Беспалый, А.А. Шумихин, В.С. Верховлюк, П.А. Методом лежащей капли исследованы межфазные свойства в системе огнеупорный материал—расплав Al₈₆Ni₆Y₈. Выбраны огнеупоры и установлены температурные режимы плавки сплава данной системы. Методою лежачої краплі досліджено міжфазні властивості в системі вогнетривкий матеріял—розтоп Al₈₆Ni₆Y₈. Вибрано вогнетривкі матеріяли та встановлено температурні режими топлення стопу даної системи. Interfacial properties of the fire-proof-material—Al₈₆Ni₆Y₈-melt system are investigated by the method of sessile droplet. Fireproof materials are chosen, and temperature conditions for this system alloy melting are ascertained. 2008 Article Межфазное взаимодействие в системе огнеупор—расплавAl₈₆Ni₆Y₈ / А.М. Верховлюк, А.А. Беспалый, В.С.Шумихин, П.А. Верховлюк // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2008. — Т. 6, № 1. — С. 251-256. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 61.25.Mv,68.08.Bc,68.08.De,81.05.Je,81.10.Fq,81.65.Mq,82.60.Cx http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87843 ru Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Методом лежащей капли исследованы межфазные свойства в системе огнеупорный материал—расплав Al₈₆Ni₆Y₈. Выбраны огнеупоры и установлены температурные режимы плавки сплава данной системы.
format Article
author Верховлюк, А.М.
Беспалый, А.А.
Шумихин, В.С.
Верховлюк, П.А.
spellingShingle Верховлюк, А.М.
Беспалый, А.А.
Шумихин, В.С.
Верховлюк, П.А.
Межфазное взаимодействие в системе огнеупор—расплав Al₈₆Ni₆Y₈
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
author_facet Верховлюк, А.М.
Беспалый, А.А.
Шумихин, В.С.
Верховлюк, П.А.
author_sort Верховлюк, А.М.
title Межфазное взаимодействие в системе огнеупор—расплав Al₈₆Ni₆Y₈
title_short Межфазное взаимодействие в системе огнеупор—расплав Al₈₆Ni₆Y₈
title_full Межфазное взаимодействие в системе огнеупор—расплав Al₈₆Ni₆Y₈
title_fullStr Межфазное взаимодействие в системе огнеупор—расплав Al₈₆Ni₆Y₈
title_full_unstemmed Межфазное взаимодействие в системе огнеупор—расплав Al₈₆Ni₆Y₈
title_sort межфазное взаимодействие в системе огнеупор—расплав al₈₆ni₆y₈
publisher Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
publishDate 2008
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87843
citation_txt Межфазное взаимодействие в системе огнеупор—расплавAl₈₆Ni₆Y₈ / А.М. Верховлюк, А.А. Беспалый, В.С.Шумихин, П.А. Верховлюк // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2008. — Т. 6, № 1. — С. 251-256. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
work_keys_str_mv AT verhovlûkam mežfaznoevzaimodejstvievsistemeogneuporrasplaval86ni6y8
AT bespalyjaa mežfaznoevzaimodejstvievsistemeogneuporrasplaval86ni6y8
AT šumihinvs mežfaznoevzaimodejstvievsistemeogneuporrasplaval86ni6y8
AT verhovlûkpa mežfaznoevzaimodejstvievsistemeogneuporrasplaval86ni6y8
first_indexed 2025-07-06T01:10:37Z
last_indexed 2025-07-06T01:10:37Z
_version_ 1836857937424809984
fulltext 251 PACS numbers: 61.25.Mv, 68.08.Bc, 68.08.De, 81.05.Je, 81.10.Fq, 81.65.Mq, 82.60.Cx Межфазное взаимодействие в системе огнеупор—расплав Al86Ni6Y8 А. М. Верховлюк, А. А. Беспалый, В. С. Шумихин, П. А. Верховлюк Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, бульв. Акад. Вернадского, 34, 03142 Киев, Украина Методом лежащей капли исследованы межфазные свойства в системе огнеупорный материал—расплав Al86Ni6Y8. Выбраны огнеупоры и уста- новлены температурные режимы плавки сплава данной системы. Методою лежачої краплі досліджено міжфазні властивості в системі вог- нетривкий матеріял—розтоп Al86Ni6Y8. Вибрано вогнетривкі матеріяли та встановлено температурні режими топлення стопу даної системи. Interfacial properties of the fire-proof-material—Al86Ni6Y8-melt system are investigated by the method of sessile droplet. Fireproof materials are chosen, and temperature conditions for this system alloy melting are ascertained. Ключевые слова: расплав Al86Ni6Y8, огнеупор, межфазное взаимодействие. (Получено 22 ноября 2007 г.) 1. ВВЕДЕНИЕ Установление физико-химических закономерностей взаимодейст- вия расплавов с твердыми материалами при получении аморфных сплавов имеет прикладное и также фундаментальное значения. Капиллярные свойства (поверхностное натяжение, смачивание) расплавов, которые содержат алюминий, цирконий, титан и прочие элементы в контакте с разными огнеупорными материалами, пред- ставлены в роботах [1—5]. Взаимодействие расплава Al86Ni6Y8 и ог- неупоров на основе оксидов Al, Y, Mg, Si определяется высокой хи- мической активностью к кислороду. При наличии в исследуемом огнеупорном материале оксидов редкоземельных элементов, кроме реакции с кислородом, процесс межфазного взаимодействия на Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2008, т. 6, № 1, сс. 251—256 © 2008 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 252 А. М. ВЕРХОВЛЮК, А. А. БЕСПАЛЫЙ, В. С. ШУМИХИН, П. А. ВЕРХОВЛЮК границе расплав—керамика усложняется взаимодействием между химически активными металлами и компонентами расплава [6]. 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ Относительно кислорода химические элементы, которые входят в состав сплава Al86Ni6Y8 можно расположить в следующий ряд: Ni, Al, Y. Иттрий и алюминий, как наиболее активные элементы, будут в первую очередь взаимодействовать с кислородом и образовывать ок- сиды. Одним из способов уменьшения кислорода в расплаве есть его раскисление магнием. Введение в расплав небольшого количества более активных элементов приводит также к восстановлению окси- дов, которые частично существуют в расплаве. В связи с этим, были проведены термодинамические расчеты взаимодействия компонентов расплава на основе алюминия с неко- торыми огнеупорными материалами. Возможные химические ре- акции и температурные зависимости изменения энергии Гиббса представлены в табл. 1. Расчеты показали, что для данной системы самым стойким огне- упорным материалом должен быть оксид иттрия. Наряду с этим, ок- сиды алюминия и кремния будут восстанавливаться магнием, лан- таном и иттрием, о чем свидетельствуют температурные зависимости энергий Гиббса. Исследование поверхностных свойств расплава Al86Ni6Y8 и пара- метров смачивания разных огнеупорных материалов проводили в вакууме (Р = 1,7⋅10−2 Па) методом лежащей капли [7]. В качестве подложек использовали оксид алюминия, алунд, кварцевое стекло и плавленый оксид иттрия. В результате проведенных экспериментов получены эмпириче- ские уравнения плотности и поверхностного натяжения расплава в ТАБЛИЦА. Температурные зависимости изменения энергии Гиббса (ΔGТ 0) реакций взаимодействия огнеупорных материалов с элементами сплава Al86Ni6Y8 и магнием в качестве раскислителя. Реакции ΔGТ 0, кДж/моль Y2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Y Y2O3 + 3Mg = 3MgO + 2Y Y2O3 + 2La = La2O3 + 2Y Al2O3 + 3Mg = 3MgO + 2Al Al2O3 + 2La = La2O3 + 2Al Al2O3 + 2Y = Y2O3 + 2Al SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si 3SiO2 + 4Al = 2Al2O3 + 3Si 3SiO2 + 4La = 2La2O3 + 3Si 231,1404 − 0,0196T 100,8000 + 0,0699T 103,316 + 0,0071T −130,6007 + 0,0099T −128,1006 − 0,0196T −231,4062 − 0,0266T −324,2397 + 0,0335T −711,4834 + 0,0805T −967,6751 + 0,0414T МЕЖФАЗНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В СИСТЕМЕ Al86Ni6Y8 253 интервале температур от 1423 К до 1623 К: ρ = 3,45 + 0,15е[−(T − 1423)/86,21], (1) σж—г = 788 + 102е[−(T − 1423)/96]. (2) Температурные зависимости контактных углов смачивания (θ) представлены на рис. 1. Видно, что лучше всего проявляют себя под- ложки из оксида алюминия и алунда. Первый материал не смачива- ется данным расплавом до температуры 1673 К. При этом контакт- ный угол смачивания находится в интервале 125—142 град. Алунд начинает смачиваться данным расплавом при температуре 1573 К. Выдержка капли на подложке из этого материала при данной темпе- ратуре приводит к уменьшению θ (до 72 град.). Аналогично алунду ведет себя подложка, которая была изготовлена из кварцевого стек- ла. Что касается системы Y2O3—расплав, то подложка из прессован- ного оксида иттрия начинает смачиваться при температуре 1523 К, при этом θ составляет 63 град. Резкое изменение контактных углов смачивания при высокой температуре обусловлено разрывом плот- ной поверхностной пленки на расплаве, которая в основном состоит из оксидов. Для данного расплава поверхностная пленка разрушает- ся при температуре 1573 К. Для уточнения температурного интерва- ла разрушения пленки были проведены вспомогательные экспери- менты. Расплавляли сплав АЛ 25 [Al—(11,5—13,5)% масс. дол. Si— (0,78—0,89)% масс. дол. Fe—0,04% масс. дол. Mn—0,23% масс. дол. Mg—0,73% масс. дол. Cu—0,24% масс. дол. Ni—0,22% масс. дол. Zn], 30 50 70 90 110 130 150 1400 1500 1600 1700 1 2 3 4 5 �, град T, К Рис. 1. Температурные зависимости контактного угла смачивания расплавом Al86Ni6Y8 огнеупорных материалов: 1 – оксид алюминия; 2 – кварцевое стекло; 3 – алунд; 4 – кварцевое стекло (расплав с добавкойMg); 5 – Y2O3. 254 А. М. ВЕРХОВЛЮК, А. А. БЕСПАЛЫЙ, В. С. ШУМИХИН, П. А. ВЕРХОВЛЮК а подложками служили кварцевое стекло и алунд. В данном случае симметричная капля образуется в интервале тем- ператур от 1423 К до 1473 К, что на 100—150 К ниже, чем для распла- ва Al86Ni6Y8. Прочность поверхностной пленки в расплаве, вероятно, обусловлена стабилизирующим действием оксида иттрия и образо- ванием комплексных соединений на межфазных границах твердое— жидкость и жидкость—газ. В соответствии с тройными диаграммами 80 90 100 110 120 130 120 240 360 480 600 720 840 960 �, град �, сек Рис. 2. Временная зависимость контактного угла смачивания расплавом Al86Ni6Y8 подложки из кварцевого стекла (Т = 1473 К). 10 30 50 70 90 110 130 120 240 360 480 600 720 840 960 �, град �, сек Рис. 3. Временная зависимость контактного угла смачивания расплавом Al86Ni6Y8 подложки из кварцевого стекла (Т = 1553 К). МЕЖФАЗНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В СИСТЕМЕ Al86Ni6Y8 255 состояния [8] и результатами дифференциально-термического ана- лиза, температура ликвидус для данной системы составляет 913 К. Эти данные еще раз подтверждают существенную роль поверхност- ной пленки в процессах взаимодействия расплава на основе алюми- ния с огнеупорными материалами. Кроме температуры и вакуума, на прочность поверхностной плен- ки влияет время выдержки. Так, выдержка расплава на подложке из кварцевого стекла на протяжении 15 минут при температуре 1473 К приводит к существенному уменьшению контактного угла смачива- ния (рис. 2). Несмотря на это, значения θ в течение всего этого време- ни – больше 90 град. Увеличение температуры до 1553 К при той же выдержке приводит к некоторому изменению контактного угла сма- чивания (рис. 3). Уже через восемь минут θ уменьшается до 65 град. При этом капля принимает симметричную форму, и оксидная плен- ка на ее поверхности исчезает. Дальнейшая выдержка (15 мин.) уменьшает контактный угол смачивания кварцевого стекла до 28 град. Таким образом, увеличение температуры и времени выдержки приводит к резкому уменьшению контактных углов смачивания и пропитке расплавом огнеупорных материалов (рис. 4). Характерным а б в г Рис. 4. Фото межфазных границ в системах огнеупорный материал—рас- плав Al86Y8Ni6 (×100): а – Y2O3; б – кварцевое стекло; в – кварцевое стекло (расплав с добавкою магния); г – алунд. 256 А. М. ВЕРХОВЛЮК, А. А. БЕСПАЛЫЙ, В. С. ШУМИХИН, П. А. ВЕРХОВЛЮК является то, что расплав пропитывает оксидные материалы в разных местах на разную глубину. Это связано, во-первых, со структурой огнеупорного материала и, во-вторых, с концентрацией на межфаз- ной границе твердое тело—жидкость остатков сложных оксидных пленок. Добавка магния в расплав Al86Ni6Y8 приводит к частичному восстановлению пленок и образованию симметричной капли при температуре 1373 К, что существенно уменьшает контактные углы смачивания жидким сплавом огнеупорных материалов (см. рис. 1). 3. ВЫВОДЫ 1. Проведены термодинамические расчеты взаимодействия Al, Mg, La и Y с оксидами иттрия, алюминия и кремния. Получены темпе- ратурные зависимости изменения энергии Гиббса. 2. Методом лежащей капли исследовано влияние температуры и времени выдержки на поверхностные свойства в системах оксиды— расплав Al86Ni6Y8. Впервые получены эмпирические зависимости плотности и поверхностного натяжения расплава Al86Ni6Y8 от тем- пературы. Установлено, что для плавки данного сплава и получе- ния его в аморфном состоянии можно использовать алунд и кварце- вое стекло до температуры 1523 К. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Г. В. Самсонов, Физико-химические свойства окислов: Справочник (Москва: Металлургия: 1978). 2. В. Н. Еременко, В. И. Ниженко, Л. И. Скляренко, Поверхностные явления в расплавах и возникающих из них твердых фаз (Нальчик: Кабардино- Балкарское книжное издательство: 1965). 3. В. П. Красовский, Ю. В. Найдич, Н. А. Красовская, Расплавы, № 4: 18 (2003). 4. В. П. Красовский, Ю. В. Найдич, Н. А. Красовская, Расплавы, № 3: 38 (2004). 5. В. П. Красовский, Н. А. Красовская, Адгезия расплавов и пайка материа- лов, вып. 37: 103 (2004). 6. Г. М. Лукашенко, Р. И. Полоцкая, В. С. Журавлев, Н. И. Фрумина, Адгезия расплавов и пайка материалов, вып. 20: 4 (1988). 7. А. М. Верховлюк, А. А. Щерецкий, Е. Б. Рабкин, В. Т. Витусевич, В. Н. Се- менов, Порошковая металлургия, № 7—8: 86 (2003). 8. G. Petzow and G. Effenberg, Ternary Alloys (Aluminium—Nickel—Yttrium), 8: 58 (2005).

Схожі ресурси