УДК 669.017.11

Сафаров А.М.

КИНЕТИКА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОКИСЛЕНИЯ

СПЛАВА Al+1%Be, ЛЕГИРОВАННОГО ИТТРИЕМ

Таджикский технический университет им. акад. М.С. Осими

ahrorsafarov@mail.ru

Ключевые слова: алюминий, бериллий, иттрий, кинетика, окисления, энергия активации

Бериллий относится к наиболее ценным конструкционным материалам. Благодаря высокому значению модуля упругости и низкой плотности, бериллий по удельной жесткости превосходит все известные материалы, сохраняя это преимущество до 500-600⁰С.

Алюминиево-бериллиевые сплавы широко применяются в промышленности. Они имеют высокую коррозионную стойкость в морской воде и в каустической соде [1]. Вероятнее всего, при взаимодействии бериллия с воздухом, подобно алюминию, на поверхности его образуется тонкая оксидная пленка, защищающая металл от действия кислорода даже при высокой температуре.

Для получения коррозионностойкого алюминиево–бериллиевого сплава в качестве легирующих добавок перспективно использование элементов с малой растворимостью в алюминии. Такими элементами являются редкоземельные металлы. Например, растворимость иттрия в алюминии при 893, 873, 773К составляет 0.15, 0.13 и 0.8% соответственно. Максимальная растворимость иттрия при эвтектической температуре 823К равна 0.17% (0.051% ат.) [2]

В данной работе с целью оптимизации состава изучено взаимодействие алюминиево-бериллиевого сплава, содержащего 1.0мас% бериллия, легированного иттрием, с кислородом газовой фазы. Для получения сплавов были использованы алюминий марки А6 и промышленная лигатура на основе алюминия, содержащая 2.0мас% иттрия. Содержание иттрия в алюминиево-бериллиевом сплаве составляло 0.01, 0.05, 0.1, 0.5мас%.

Сплав алюминия с 1.0мас% бериллия был получен в вакуумной печи сопротивления типа СНВЭ–1.3.1/16 И3. Легирование сплава лигатурой осуществляли в открытых шахтных печах типа СШОЛ.

Таблица

Кинетические и энергетические параметры процесса

окисления твердого алюминиево-бериллиевого

сплава Al+1%Be, легированного иттрием

Содержание иттрия в сплаве Al+1%Be, мас%	Температура окисления, К	Истинная скорость окисления К•10^-3, кг/м^2 • сек	Кажущаяся энергия активации, кДж/моль
0.0	773 823 873	3.61 3.89 4.28	118.58
0.01	773 823 873	3.28 3.67 4.05	139.42
0.05	773 823 873	2.72 3.23 3.76	171.25
0.1	773 823 873	3.17 3.61 4.02	143.45
0.5	773 823 873	3.41 3.83 4.32	123.39

Кинетику окисления сплавов изучали методом термогравиметрии, с помощью катетометра КМ–8 при постоянной температуре [3]. Для опытов использовали предварительно прокаленные при 1173К тигли из оксида алюминия диаметром 18-20мм, высотой 25-26мм. Скорость окисления вычисляли по касательными, проведенными к нескольким точкам кривых окисления по формуле g/s/Δτ, а значение кажущейся энергии активации вычисляли по тангенсу угла наклона зависимости ℓgК - 1/Т.

Кинетика окисления твердого алюминиево-бериллиевого сплава, легированного иттрием, исследована при температурах 773, 823 и 873К. Состав сплавов и результаты исследования представлены на рис. 1,2 и в таблице.

Рис.1 Кинетические кривые окисления сплава Al+1%Be, содержащего, мас.%Y: а – 0.0, б – 0.01, в – 0.5%.

На основании кривых, приведенных на рис.1, можно предположить, что при температуре 773 до 823К окисление протекает по механизму тонких пленок, так как обладает минимальной высотой уровня, при которой происходит замедление скорости процесса окисления.

При более высоких температурах наблюдается заметный рост привеса с резким торможением процесса окисления. Рассчитанные значения константы скорости окисления и кажущаяся энергия активации (табл.) показывают, что добавки иттрия до 0.05мас.% незначительно снижают окисление алюминиево-бериллиевого сплава, что сопровождается повышением значений кажущейся энергии активации от 118.58 до 171.25 кДж/моль. Дальнейшее увеличение концентрации иттрия до 0.5мас% приводит к росту удельной массы оксида с более низкими энергетическими затратами.

Характерную температурную зависимость процесса окисления можно наблюдать в динамике изменения удельной массы, построенной при 15 и 30 минутах и температурах 823 и 873К соответственно (рис.2).

Рис. 2. Изохроны окисления сплавов Al–Be–Y.

Согласно изохрона окисления, при исследованных температурах алюминиево-бериллиевый сплав, легированный до 0.05мас% иттрия обладает повышенной устойчивостью к окислению.

Литература

1. Умарова Т.М., Ганиев И.Н. Коррозия двойных алюминиевых сплавов в нейтральных средах. – Душанбе: Дониш, 2007, с. 49-51.

2. Алесова С.П., Будберг П.Б. Диаграммы состояния металлических систем – М.: ВИНИТИ, 1971, вып.15, с. 67.

3. Лепинских Б.М., Киселев В.И. – Изв. АН СССР. Металлы, 1974, №5, с. 51-54.