Полный текст

Для сплавов системы Al-Mg характерно сочетание удовлетворительной прочности, хорошей пластичности, свариваемости и коррозионной стойкости. Кроме того, эти сплавы отличаются высокой усталостной прочностью. В сплавах этой системы, содержащих до 6 % Mg, образуется эвтектическая смесь с участием фазы Al3Mg2 и твердого раствора магния в алюминии. Наиболее широкое распространение в промышленности получили сплавы с содержанием магния от 1 до 5 %. Рост содержания магния в сплаве существенно увеличивает его прочность и предел текучести. При этом относительное удлинение уменьшается незначительно [1]. Сплавы с содержанием магния до 3 мас. % не изменяют кристаллическую структуру при комнатной и повышенной температуре, даже в существенно нагартованном состоянии. С ростом концентрации магния в сплаве в нагартованном состоянии механическая структура сплава становится нестабильной. Кроме того, увеличение содержания магния свыше 6 % приводит к ухудшению коррозионной стойкости сплава. В сплавах с высоким содержанием магния существует тенденция к образованию интерметаллидной фазы Mg5Al8 по границам зерен и в областях локализованной деформации внутри микроструктуры [2]. Для улучшения прочностных характеристик сплавы системы Al-Mg легируют хромом, марганцем, титаном, кремнием или ванадием. Примеси меди и железа в сплавах этой системы нежелательны, поскольку они снижают их коррозионную стойкость и свариваемость. Сплавы можно применять во многих конструкциях, подверженных суровым атмосферным воздействиям, например в облицовочных панелях зданий, особенно в судостроении и конструкциях в прибрежных районах и в открытом море, включая нефтяные платформы. Сварные алюминиевые лодки и катера изготавливают исключительно из сплавов этой серии. В автомобилестроении из этих сплавов изготавливают штампованные детали корпуса и шасси благодаря хорошей комбинации прочности и форм заполняемости [2, 3]. Влияние добавок элементов подгруппы галлия на различные свойства алюминиево-бериллиевого сплава АБ1 исследовано авторами работ [4-8]. Цель данной работы заключается в исследовании влияния добавок таллия и температуры на кинетику окисления алюминиевого сплава АМг2 в твердом состоянии. Для изучения кинетики окисления алюминиевого сплава АМг2 c таллием нами использовался термогравиметрический метод, основанный на непрерывном взвешивании образца, который обычно прмиеняется при изучении высокотемпературной коррозии твердых металлов [9-17]. Материалы и методики эксперимента Для получения сплавов были использованы алюминий марки А85 (ГОСТ 11069-2001), магний металлический марки Мг90 (ГОСТ 804-93) и таллий металлический марки Тл (ГОСТ 18337-95). Сплавы алюминия с 2,0 мас. % магния были получены в вакуумной печи сопротивления типа СНВ-1.1/16ИЗ. Легирование алюминиевого сплава АМг2 таллием осуществляли в открытых шахтных печах типа СШОЛ под слоем флюса. Исследование процесса окисления сплавов проводили методом термогравиметрии, который основан на непрерывном взвешивании образцов. Для проведения исследований была собрана установка, принцип работы которой описан ранее в работах [18-27]. Тигель с исследуемым металлом помещался в изотермической зоне печи. Температуру повышали со скоростью 2-3 °С/мин. Перед разогревом печи катетометр настраивали на указатель пружины, записывали на шкале точки отсчета и в течение нагрева контролировали изменение массы образца. При достижении заданного режима записывали новую точку отсчета. Результаты исследования и их обсуждение Для исследования кинетики окисления алюминиевого сплава АМг2, легированного таллием, была синтезирована серия сплавов с содержанием таллия 0,01; 0,05; 0,1; 0,5; 1,0 мас. %. Кинетические и энергетические параметры процесса окисления сплавов приведены на рис. 1-4 и в табл. 1, 2. Характер кинетических кривых окисления исходного алюминиевого сплава АМг2 показывает, что окисление на начальных стадиях протекает интенсивно, о чем свидетельствует рост величины удельной массы образцов (см. рис. 1, а). Истинная скорость окисления алюминиевого сплава АМг2 в зависимости от температуры изменяется в пределах от 1,02∙10-4 до 1,53∙10-4 кг∙м-2∙с-1 при 773 и 873 К соответственно. Кажущаяся энергия активации процесса окисления данного сплава, вычисленная по тангенсу угла наклона прямой зависимости ℓgK-1/Т, составляет 100,00 кДж/моль (см. табл. 1). Окисление сплава АМг2, содержащего 0,01 мас. % таллия, в твердом состоянии проводили при значениях температуры 773, 823 и 873 К. Кинетические кривые окисления сплава приведены на рис. 1, б. Скорость окисления сплава в зависимости от времени и температуры увеличивается. Однако рост величины удельной массы образца к 20-й минуте приобретает значение, равное 14,45·10-2 кг/м2 при 873 К. Далее рост удельной массы образцов замедляется и даже к 50-й минуте не становится постоянным. Кажущаяся энергия активации процесса окисления составляет 95,80 кДж/моль (см. табл. 1). Рис. 1. Кинетические кривые окисления алюминиевого сплава АМг2 (а) с таллием, мас. %: 0,01(б); 1,0(в) Рис. 2. Зависимость lgK от 1/Т для алюминиевого сплава АМг2 (1) с таллием, мас. %: 0,01 (2); 0,05 (3); 0,1 (4); 0,5 (5); 1,0 (6) Рис. 3. Изохронны окисления алюминиевого сплава АМг2 с таллием при 873 К Рис. 4. Квадратичные кинетические кривые окисления алюминиевого сплава АМг2, легированного таллием, мас. %: 0,05 (а); 0,1 (б); 0,5 (в) Таблица 1 Кинетические и энергетические параметры процесса окисления алюминиевого сплава АМг2 с таллием в твердом состоянии Содержание таллия в сплаве, мас. % Температура окисления, К Истинная скорость окисления K·104, кг·м-2·с-1 Кажущаяся энергия активации окисления, кДж/моль 0,0 773 1,02 100,00 823 1,22 873 1,53 0,01 773 1,04 95,80 823 1,32 873 1,59 0,05 773 1,19 87,09 823 1,41 873 1,69 0,1 773 1,34 76,64 823 1,52 873 1,75 0,5 773 1,51 61,80 823 1,76 873 1,91 1,0 773 1,73 47,90 823 1,88 873 2,05 Таблица 2 Результаты математической обработки квадратичных кинетических кривых окисления алюминиевого сплава АМг2, легированного таллием, в твердом состоянии Содержание таллия в сплаве, мас. % Температура окисления, К Полиномы квадратичных кинетических кривых окисления сплавов Коэффициент регрессии R 0,0 773 823 873 y* = -10-7x5 + 2·10-5x4 - 7·10-4x3 + 0,0126x2 - 0,0234x** y = -2·10-7x5 + 2·10-5x4 - 1,1·10-3x3 + 0,0192x2 - 0,0443x y = -2·10-7x5 +3·10-5x4 - 1,4·10-3x3 + 0,0256x2 - 0,0528x 0,998 0,998 0,999 0,01 773 823 873 y = -10-7x5 + 2·10-5x4 - 8·10-4x3 + 0,0125x2 - 0,009x y = -2·10-7x5 + 3·10-5x4 - 1,1·10-3x3 + 0,0195x2 - 0,0311x y = -310-7x5 + 4·10-5x4 - 1,8·10-3x3 + 0,0297x2 - 0,0374x 0,996 0,998 0,996 0,05 773 823 873 y = -10-7x5 + 2·10-5x4 - 8·10-4x3 + 0,0132x2 - 0,0099x y = -2·10-7x5 + 3·10-5x4 - 1,3·10-3x3 + 0,0222x2 - 0,0289x y = -3·10-7x5 + 4·10-5x4 - 1,9·10-3x3 + 0,0303x2 - 0,025x 0,997 0,996 0,996 0,1 773 823 873 y = -2·10-7x5 + 2·10-5x4 - 9·10-4x3 + 0,0146x2 - 0,0134x y = -3·10-7x5 + 3·10-5x4 - 1,5·10-3x3 + 0,024x2 - 0,0286x y = -4·10-7x5 + 5·10-5x4 - 2,2·10-3x3 + 0,0357x2 - 0,0373x 0,997 0,996 0,996 0,5 773 823 873 y = -2·10-7x5 + 2·10-5x4 - 8·10-4x3 + 0,0106x2 + 0,0354x y = -3·10-7x5 + 3·10-5x4 - 1,4·10-3x3 + 0,0211x2 + 0,0166x y = -4·10-7x5 + 5·10-5x4 - 2,2·10-3x3 + 0,0333x2 + 0,0033x 0,986 0,993 0,992 1,0 773 823 873 y = -2·10-7x5 + 2·10-5x4 - 10-3x3 + 0,0138x2 + 0,0379x y = -3·10-7x5 + 4·10-5x4 - 1,7·10-3x3 + 0,0258x2 + 0,0194x y = -5·10-7x5 + 6·10-5x4 - 2,7·10-3x3 + 0,0417x2 + 0,0061x 0,997 0,993 0,991 Примечание: y* - удельное увеличение массы образцов из сплавов (g/s); x** - продолжительность времени окисления (мин). Легирование алюминиевого сплава АМг2 1,0 мас. % таллия способствует некоторому увеличению истинной скорости окисления (см. рис. 1, в) и, соответственно, уменьшению величины кажущейся энергии активации окисления, по сравнению со сплавом, содержащим 0,01 мас. % таллия. Так, если при значениях температуры 773 и 873 К значение истинной скорости окисления сплава, содержащего 0,01 мас. % таллия, изменяется от 1,04·10-4 до 1,59∙10-4 кг∙м-2∙с-1 с энергией активации 95,80 кДж/моль, то при этих же значениях температуры скорость окисления алюминиевого сплава АМг2, содержащего 1,0 мас. % таллия, характеризуется величинами 1,73·10-4; 2,05∙10-4 кг∙м-2∙с-1 и при этом значение кажущейся энергии активации составляет 47,90 кДж/моль соответственно (см. табл. 1). Приведенная на рис. 2 зависимость lgK-1/Т для алюминиевого сплава АМг2 с таллием показывает, что с ростом температуры и содержания таллия скорость окисления сплавов растет. При окислении сплавов наблюдается медленное, но плавное нарастание толщины оксидной пленки, которое после 20 мин замедляется, но не полностью предотвращает процесс окисления. По мере роста толщины оксидной пленки скорость процесса окисления затормаживается, а с увеличением температуры растет. Добавки таллия в пределах 0,01-0,05 мас. % незначительно влияют на окисляемость алюминиевого сплава АМг2. Дальнейшее увеличение концентрации таллия в сплаве до 1,0 мас. % повышает скорость окисления исходного сплава АМг2 (см. рис. 3). На рис. 4 представлены квадратичные кинетические кривые окисления сплава АМг2 с таллием. В табл. 2 приведены результаты обработки квадратичных кинетических кривых окисления сплавов в виде зависимости (g/s)2-t для алюминиевого сплава АМг2, содержащего 0,01-1,0 мас. % таллия. Следует заключить, что характер окисления сплавов подчиняется гиперболической зависимости где значение n изменяется от 1 до 5 (см. табл. 2). Заключение Как известно, окисление сплавов при высоких температурах приводит к образованию на поверхности металла оксидной пленки, или окалины. Именно от природы окалины зависит механизм процесса окисления. Если образующаяся окалина твердая, характер окисления определяется тем, как плотно она прилипает к поверхности реагирования, или же она пористая. Плотная окалина служит преградой, которая разделяет металл и газообразный кислород. Применительно к изучаемой нами системе АМг2-Tl следует отметить, что легирование исходного алюминиевого сплава АМг2 таллием и образование оксида Tl2O3 снижает защитную способность пленки из оксида алюминия, превращая его из плотного в пористый, результатом чего является рост скорости окисления сплавов, о чем свидетельствует снижение величины кажущейся энергии процесса их окисления. Таким образом, методом термогравиметрии исследована зависимость скорости окисления алюминиевого сплава АМг2 от содержания таллия и температуры. Показано, что скорость окисления сплава АМг2 с ростом температуры и концентрации таллия увеличивается.

Об авторах

И. Н Ганиев

Институт химии им. В.Н. Никитина Национальной академии наук Таджикистана

Ф. Ш Зокиров

Таджикский технический университет им. академика М.С. Осими

Х. Я Шарипова

Хатлонский государственный медицинский университет

Н. Ф Иброхимов

Таджикский технический университет им. академика М.С. Осими

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 82

PDF (Russian) - 30

Ссылки

• Ссылки не определены.