авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Вязкость и удельное электросопротивление расплавов алюминия с литием, лантаном и церием

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи









Ражабов Ахтам Ахматкулович






вязкость и удельное электросопротивление расплавов алюминия с литием, лантаном и церием


Специальность 02.00.04 – Физическая химия



Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук












Екатеринбург – 2011

Работа выполнена в ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина» и в Учреждении Российской академии наук Институте химии твердого тела Уральского отделения РАН

Научный руководитель доктор химических наук, профессор

Кононенко Владимир Иванович

Официальные оппоненты: член-корреспондент РАН,

доктор химических наук, профессор

Бамбуров Виталий Григорьевич

кандидат физико-математических наук

Ягодин Денис Анатольевич

Ведущая организация Учреждение Российской академии наук

Институт высокотемпературной

электрохимии Уральского отделения РАН

Защита состоится 16 декабря 2011 г. в 1300 на заседании диссертационного совета Д 004.001.01 при Учреждении Российской академии наук Институте металлургии Уральского отделения РАН по адресу: 620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 101.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке УрО РАН.

Автореферат разослан «__» ноября 2011 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук Дмитриев А.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность работы. Требования к материалам нового класса, используемым в авиационно-космической технике и наземных конструкциях, предполагают создание легких и прочных сплавов, способных выдерживать длительные высокотемпературные воздействия. Перспективными являются аморфные сплавы на основе алюминия, в частности сплавы Al-Li (85-90 ат % Al). Более перспективным путем дальнейшего повышения прочности, жаропрочности, коррозионной стойкости и многих других эксплуатационных и технологических характеристик является легирование алюминиевых сплавов РЗМ. Так же среди этих материалов особое значение имеют так называемые энергетические конденсированные системы (ЭКС), применяемые в качестве ракетных топлив или взрывчатых веществ. Как правило, эти же металлические порошки используются в качестве катализаторов в химической и автомобильной отраслях промышленности.

Как известно, наиболее распространенным методом первичного диспергирования этих материалов является распыление расплавов газовой или жидкостной струей. Для проектирования оборудования и разработки технологических режимов этого процесса необходимо изучение свойств расплавов алюминия с литием и РЗМ. Большое значение имеет решение проблемы кристаллизации, что позволит в конечном итоге получать сплавы с заранее заданными свойствами (например, получение порошков заданной формы и размера). В этом случае определяющими свойствами являются вязкость и удельное электросопротивление.



Опыты показывают, что для сплавов на основе алюминия нагрев расплава выше температуры его гомогенизации существенно изменяет кинетику кристаллизации, что ведет к модифицированию структуры, формирующейся в ходе этого процесса. Как известно, вязкость и удельное электросопротивление, являясь структурно-чувствительными свойствами расплавов, позволяют обнаруживать структурные изменения в расплавах. Отмеченные свойства могут быть использованы для оценки физико-химических свойств расплавов теоретическими методами.

Цель работы. Получение прецизионных данных о влиянии присадок лития, лантана, церия и легкоплавких элементов (Ga, In, Pb, Bi, Sn) на вязкость и удельное электросопротивление алюминия в интервале температур от ликвидуса до 1273 К.

Задачи исследования:

1. Синтезировать и аттестовать образцы сплавов алюминия с литием лантаном и церием.

2. Измерить температурные зависимости вязкости и удельного электросопротивления жидких индия, олова, свинца и алюминия (металлов, вязкость и удельное электросопротивление которых было измерено ранее с высокой точностью) с целью калибрования установки.

3. Изучить температурную зависимость вязкости и удельного электросопротивления жидких сплавов систем Al-Li, Al-Li-La и Al-Li-Ce при содержании лития в бинарной системе Al-Li до 15,9 ат.% Li, в тройной системе Al-Li-La до 15,3 ат.% Li, а в системе Al-Li-Ce до 15,1 ат.% Li и в интервале температур от ликвидуса до 1273 К.

4. Исследовать влияние присадок перечисленных элементов на вязкость и удельное электросопротивление жидкого алюминия и, опираясь на полученные результаты, описать состояние изученных добавок в алюминиевом расплаве.

Научная новизна работы.

1. Изучены температурные зависимости кинематической вязкости и удельного электросопротивления расплавов Al-Li, Al-Li-La и Al-Li-Ce при содержании лития в бинарной системе Al-Li до 15,9% Li и в тройных системах Al-Li-La до 15,3% Li, Al-Li-Ce до 15,1 ат.% Li, в интервале температур от Тпл до 1273 К.

2. По полученным данным оценены размеры кластеров, формирующихся в расплаве вокруг иона примеси.

3. Построены линии фазовых равновесий исследованных систем Al-Li, Al-Li-La и Al-Li-Ce, используя результаты вискозиметрических экспериментов.

Достоверность полученных результатов обеспечивается:

1. Применением хорошо апробированных и надежных методов измерения вязкости и удельного электросопротивления металлических расплавов.

2. Выбором интервала рабочих токов, создающих вращающееся магнитное поле, который соответствовал постоянству отношения квадрата значений среднего тока в катушках статора к углу отклонения подвесной системы.

3. Воспроизводимостью полученных результатов.

Согласием полученных результатов с наиболее достоверными данными других авторов.

Практическая значимость работы. Полученные впервые и уточненные результаты измерения вязкости и удельного электросопротивления разбавленных растворов лития, лантана и церия в жидком алюминии могут быть использованы в качестве справочных данных для оптимизации составов и выбора технологических параметров синтеза исследованных сплавов.

На защиту выносятся.

1. Результаты измерения кинематической вязкости и удельного электросопротивления расплавов Al-Li, Al-Li-La и Al-Li-Ce от Тл до 1273 К.

2. Результаты оценки размеров кластеров в жидком алюминии.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены: на 13 th international Conference on Liquid and amorphous Metals. July 8-14, 2007, Ekaterinburg, Russia; XIII Российской конференции «Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов», г. Екатеринбург, 2011 г.

Личный вклад автора заключается в подготовке литературного обзора, постановке задач исследования, планировании и проведении экспериментов, анализе и обработке полученных результатов.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано семь работ, в том числе три в рецензируемых журналах.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, списка цитируемой литературы и приложения. Она изложена на 107 страницах, содержит 14 таблиц и 29 рисунков. Список литературы включает 98 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, ее цель, отражены научная новизна и практическая ценность результатов исследования, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе выполнен краткий анализ влияния добавок лития и редкоземельных металлов к алюминию на его физико-химические свойства. Показано, что сплавы Al-Li легированные РЗМ, обладают хорошими физико-химическими и механическими свойствами. Сплавы получают в аморфных состояниях в процессе высокоскоростного затвердевания расплавов. Их отличают высокие характеристики прочности и пластичности, жаропрочность, износостойкость, высокая коррозионная стойкость, свариваемость и высокая технологичность. Для обеспечения необходимых высоких скоростей охлаждения при кристаллизации сплавов с содержанием лития или РЗМ расплав распыляется на мелкие капли с образованием порошка. Приводятся некоторые сведения о свойствах металлов, наиболее востребованных в технологии создания энергетических конденсированных систем и материалов с улучшенными механическими свойствами. Обоснован выбор алюминия в качестве основы легких и высокопрочных материалов и металлического горючего. Показана актуальность поиска различных методов воздействия на свойства поверхностного слоя и объема алюминиевых частиц с целью регулирования процесса их горения. Так же этот прием может быть использован и для производства катализаторов важнейших процессов получения углеводородов из СО и водорода, синтеза алюмогидрида натрия и некоторых других процессов.

При введении примеси в жидкий алюминий вокруг примесных атомов обычно образуются кластеры, состоящие из атома примеси и окружающих его атомов матрицы с возмущенным примесью электронным строением. В результате перераспределения электронов может изменится скорость окисления и полнота сгорания алюминиевого порошка. Об изменении состояния электронной системы под действием примеси можно судить по ее влиянию на удельное электросопротивление жидкого алюминия. Дополнительную информацию о размерах и объемной доле примесных кластеров в расплаве можно извлечь из концентрационных зависимостей вязкости разбавленных растворов примеси в жидком алюминии.

Наряду с проблемой повышения скорости и полноты сгорания металлических топлив и взрывчатых веществ, актуальной проблемой является обеспечение их длительного хранения в диспергированном состоянии с большой удельной поверхностью. Высказывается предположение, что перспективным направлением ее решения могло бы быть легирование алюминия низкоплавкими элементами, такими как Ga, In, Sn, Pb и Bi. Суть идеи состоит в том, что такие элементы вследствие своей высокой поверхностной активности в жидком алюминии могут при диспергировании расплава создавать тонкую пассивирующую пленку на поверхности образующихся частиц, которая может быть удалена химическим путем незадолго до практического применения данного порошка.

Рассмотрены некоторые особенности жидкого состояния и теоретические подходы для анализа структуры расплавов по их кинетическим свойствам, в частности по вязкости и удельному электросопротивлению. Для сравнения проводится анализ применения различных моделей для расчета физико-химических свойств жидкостей. Рассмотрена практическая значимость вязкости и удельного электросопротивления, которые являются важнейшими технологическими параметрами металлургических процессов, в частности, для получения порошков методом распыления.

На основании выше сказанного формулируется цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе представлена экспериментальная установка, описаны методики измерений и обработки результатов. Приводятся результаты проверочных опытов с жидкими индием, оловом и свинцом.

Измерения кинематической вязкости по затуханию крутильных колебаний тигля с исследуемым образцом (методика Е. Гебхардта) и удельного электросопротивления по углу закручивания тигля с образцом во вращающемся магнитном поле (методика В. Браунбека) проводились на совмещенной установке, схема которой представлена на рис. 1.

Для устранения влияния магнитного поля нагревателя на результаты измерений применена бифилярная намотка нагревателя.





Кроме того, для повышения вакуума и чистоты рабочего объема отказались от использования диффузионного масляного насоса, заменив его безмасляным марки НОРД-100 с водяным охлаждением. В результате был поучен более чистый и глубокий вакуум порядка 10-4 Па.

Существенное внимание было обращено на оптимизацию режимов работы установки. В частности, рабочие токи, создающие вращающееся магнитное поле, выбрали, исходя из результатов калибрования установки. За рабочий интервал токов принимался такой интервал, где отношение квадрата значений среднего тока в катушках статора к углу отклонения подвесной системы было постоянным.

Полученные результаты были обработаны с использованием программного продукта Mathcad.

Погрешность результатов измерений составляла 2%.

Для проверки работоспособности установки и методики проведения измерений исследовали температурные зависимости вязкости и удельного электросопротивления жидких индия, олова и свинца, свойства которых были измерены ранее с высокой точностью. Результаты представлены на табл.1.

 Схема установки. 1-конический шлиф;-0

Рис.1. Схема установки. 1-конический шлиф; 2-верхний фланец; 3-цанговый зажим; 4-корпус с трубой; 5-вольфрамовая нить; 6-цанговый зажим с зеркальцем; 7-фланец с отверстием; 8-отсчетная шкала; 9-осветитель; 10-окно; 11-алундовый держатель; 12-тигель с расплавом; 13-нагреватель; 14-набор металлических и кварцевых экранов; 15-высоковакуумный токоввод; 16-сильфонное устройство для перемещения термопар; 17-высоковакуумный термопарный ввод; 18-станина; 19-статорная обмотка (магнитное поле), 20-вакуумпровод, 21-газоразрядный насос Норд-100, 22-лампа вакуумметрическая.

Таблица 1

Вязкость и удельное электросопротивление олова, индия и свинца

     
Sn  In Pb
      
T, K v10-8, м2/с 10-8, Омм T, K v10-8, м2/с 10-8, Омм T, K v10-8, м2/с 10-8, Омм
506 28 47 430 22 31 601 21 98
608 22 50 495 19 33 700 16,2 103
710 18,3 54 594 17,6 36 750 14,5 105,5
812 16 57,3 676 16,7 38,5 800 13,1 108
914 14,5 61 758 16 41 850 12 111
1016 14 65 840 15,4 43,6 900 11 113,4
1118 13,5 69 922 14,8 46 950 10 116
1220 13,4 72 1000 14,3 48 1000 9,4 118


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.