УДК
669.017.11
Сафаров А.М.
ВЛИЯНИЕ
ЛАНТАНА НА КИНЕТИКУ ОКИСЛЕНИЯ
СПЛАВА Al+1%Be
Таджикский технический университет им. акад. М.С.
Осими
Ключевые слова: алюминий, бериллий, лантан,
кинетика окисления, энергия активации, сплавы.
Некоторые
характеристики чистого алюминия не удовлетворяют современные промышленные
нужды, поэтому для изготовления любых изделий, предназначенных для промышленности,
применяют не чистый алюминий, а его сплавы, которых в настоящее время
разработано достаточно много марок.
Введение
различных легирующих элементов в алюминий существенно изменяет его свойства.
При легировании повышаются прочность, твердость, коррозионная стойкость,
жаропрочность и другие свойства [1].
Для улучшения
некоторых характеристик алюминия в качестве легирующего элемента используется
бериллий. Алюминиево-бериллиевые сплавы обладают рядом достоинств: они по
сравнению с бериллием более пластичны, менее чувствительны к поверхностным
дефектам, не требуют химического травления после обработки резанием. Большой
диапазон значений модуля упругости, прочности и пластичности, достигаемый в
этих сплавах, значительно расширяет сферу их применения. Упрочнителями являются
интерметаллические соединения. Механические свойства алюминиево-бериллиевых
сплавов повышаются введением тонкодисперсной упрочняющей фазы. Наличие
дисперсной фазы приводит к возникновению напряжений в бериллиевой матрице (в
случае выделения из твердого раствора) или препятствует распространению
скольжения (в случае образования интерметаллических соединений). Оба процесса
повышают прочностные характеристики. Степень упрочнения зависит от количества и
типа упрочняющей фазы, от ее связи с матрицей, от размера ее частиц и расстояния
между ними [2].
Добавление
бериллия также уменьшает окисления при повышенных температурах. Небольшие
добавки бериллия (0.01-1.0 %) применяют в алюминиевых литейных сплавах для
улучшения текучести в производстве двигателей внутреннего сгорания.
В последние
время в качестве легирующих добавок широко стали применять редкоземельные
металлы (РЗМ). РЗМ представляют собой практически неиссякаемый источник
материалов с уникальными свойствами.
В данной работе в
качестве легирующего элемента к алюминиево-бериллиевым сплавам использован
лантан.
Для получения
сплавов были использованы марки А6 и промышленная лигатура на основе алюминия,
содержащая 2.0мас.% лантана. Содержание
лантана в алюминиево-бериллиевом сплаве составляло 0.01; 0.05; 0.1; 0.5мас.%
Сплав алюминия с
1.0 мас.% бериллия был получен в вакуумной печи сопротивления типа СНВЭ – 1.3.1/16
ИЗ. Легирование сплава лигатурой осуществляли в открытых шахтных печах типа
СШОЛ.
Кинетика
окисления сплавов исследована методом термогравиметрии, основанном на непрерывном взвешивании
образца, подвешенного на откалиброванной молибденовой пружине, 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 касательным,
проведенными к нескольким точкам кривых окисления по формуле g/s/∆τ, а значение кажущейся энергии активации вычисляли по
тангенсу угла наклона зависимости
ℓgК - 1/Т.
Кинетика окисления твердого алюминиево-бериллиевого
сплава, легированного лантаном исследованы при температурах 773, 823 и 873 К.
Состав сплавов, и результаты исследования представлены на рис. 1,2 и в
таблице.
Таблица
Кинетические и энергетические параметры процесса
окисления
твердого алюминиево-бериллиевого сплава
Al+1%Be, легированного лантаном
|
Содержание лантана в сплаве Al+1%Be, мас.% |
Температура окисления, К |
Истинная
скорость окисления, К•10-3,
кг/м2 • сек |
Кажущаяся энергия активации,
кДж/моль |
|
0.0 |
773 823 873 |
3.61 3.89 4.28 |
118.58 |
|
0.01 |
773 823 873 |
3.39 3.52 3.96 |
127.49 |
|
0.05 |
773 823 873 |
3.18 3.41 3.79 |
136.72 |
|
0.1 |
773 823 873 |
2.93 3.24 3.56 |
147.72 |
|
0.5 |
773 823 873 |
2.67 3.01 3.41 |
191.03 |
Кривые
относящиеся к алюминиево-бериллиевому сплаву (рис.1), содержащие 0.05 мас.%
лантана характеризуются более высоким уровне привеса как в начальном периоде
процесса окисления так и в конечном. Так для сплава содержащего 0.05 мас%
лантана величина удельного веса при 10 мин. и температуре 873 К составляет 2.6
мг/см2 в то время эта же величина для сплава содержащего 0.5 масс.% La
составляет 2.3 мг/см2. Максимальная величина привеса при температуре
823 К составляет 5.3 и 4.7 мг/см2, соответственно.
Вышеизложенное
позволяет предположить, что скорость окисления сплава содержащего 0.05мас.% La
несколько больше чем сплав содержащий 0.5мас% La. Эти предположения хорошо
видны из таблицы, где приведены параметры процесса окисления сплавов.
Рис.1
Кинетические кривые сплава Al+1%Be, содержащего,
мас.% La: а –
0.0, б – 0.05, в – 0.5
Рис. 2 Изохроны окисления сплавов Al – Be – La.
Приведенная на
рис.2 зависимость энергии активации от концентрации легирующего компонента подтверждает
наши предположения.
Таким образом,
можно заключить, что добавки лантана в пределах исследованных концентраций
уменьшает окисляемость исходного сплава.
Литература
1.
Алюминий. Свойства и химическое металловедение. // Cправочник под ред. Хэтча Ож.
пер. с анг. М,: Металлургия, 1989. 423
с
2.
В.Ф.Гогуля Тугоплавкие
металлические материалы для космической техники. М., 1976.
3.
Лепинских Б.М., Киселев
В.И. – Изв. АН СССР. Металлы, 1974, №5,
с. 51-54.