Термодинамічні властивості рідких сплавів міді та заліза з хромом, кобальтом та нікелем

6. Показано, що в широкій температурно-концентраційній області повної змішуваності рідких сплавів внесок ?Gід домінує над внеском ?Gнад. Зі зниженням температури додатні відхилення від ідеальності в розплавах досліджених систем збільшуються, що призводить до зростання значень ?Gнад. Разом із зменшенням ролі внеску ?Gід, це призводить до появи двох мінімумів на ізотермах енергії Гіббса рідких сплавів і їх розшаруванню. Ступінь переохолодження, необхідний для метастабільного розшарування розплавів порівнянних складів, збільшується в ряду систем Cu-Fe-Cr > Cu-Fe-Co > Cu-Fe-Ni.

Основні результати дисертаційної роботи представлені в публікаціях

1. Энтальпии смешения жидких сплавов и термодинамическое описание системы Cu-Fe-Ni / М. А. Турчанин, Т. Я. Великанова, Л. А. Древаль и др. // Порошковая металлургия. - 2009. - № 11/12. - С. 77-102.

Дисертантом досліджені ентальпіі змішування розплавів, проаналізовані експериментальні дані щодо фазових перетворень, побудовані термодинамічні моделі фаз.

2. Экспериментальное исследование и моделирование термодинамических свойств расплавов системы Cu-Fe-Ni / Л. А. Древаль, А. Р. Абдулов, П. Г. Агравал, М. А. Турчанин // Металлы. - 2010. - № 1. - С. 7-14.

Дисертантом досліджені теплоти утворення рідких сплавів.

3. Исследование и моделирование энтальпии смешения жидких сплавов системы Cu-Fe-Cr / Л. А. Древаль, А. Р. Абдулов, П. Г. Агравал, М. А. Турчанин // Расплавы. - 2010. - № 5. - С. 81-87.

Дисертантом досліджені ентальпіі змішування розплавів.

4. Калориметрическое исследование и описание концентрационной зависимости энтальпии смешения жидких сплавов системы Cu-Fe-Co / Л. А. Древаль, А. Р. Абдулов, П. Г. Агравал, М. А. Турчанин // Металлы. - 2010. - № 4. - С. 20-26.

Дисертантом досліджені теплоти утворення рідких сплавів, розраховані параметри моделі, що описує концентраційну залежність ентальпій змішування.

5. Исследование термодинамических свойств расплавов и моделирование фазовых превращений в системе Cu-Fe-Ni / Л. А. Древаль, А. Р. Абдулов, П. Г. Агравал и др. // Вестник ДГМА. - 2010. - № 3(20). - С. 81-86.

Дисертантом досліджені ентальпії змішування розплавів, проаналізовано експериментальні дані щодо фазових перетворень в системі.

6. Исследование взаимодействия компонентов расплавов в системах Cu-Fe-V, Cu-Fe-Cr и Cu-Fe-Co / Л. А. Древаль, А. Р. Абдулов, П. Г. Агравал и др. // Вестник ДГМА. - 2010. - № 3(20). - С. 87-92.

Дисертантом досліджені теплоти утворення рідких сплавів.

7. Interaction of the components in copper and iron based liquid alloys with high tendency to immiscibility: 9th International Conference "Research and Development in Mechanical Industry", Vrnjacka Banja, Serbia, 16-19 September, 2009: Proceedings / L. Dreval', M. Turchanin, A. Abdulov, P. Agraval. - Vrnjacka Banja: SaTCIP Ltd. - P. 1067-1073.

Дисертантом виконані обробка експериментальних даних та їх аналіз.

8. Исследование термодинамических свойств расплавов и моделирование фазовых превращений в системе Cu-Fe-Ni: материалы II междунар. научно-техн. конф. «Перспективные технологии, материалы и оборудование в литейном производстве»: Краматорск, 7-11 сентября 2009 г. / Л. А. Древаль, А. Р. Абдулов, П. Г. Агравал и др. - Краматорск: ДГМА, 2009. - С. 76-77.

Дисертантом досліджені ентальпії змішування розплавів.

9. Парциальная и интегральная энтальпии смешения жидких сплавов системы Cu-Fe-Co: материалы II междунар. научно-техн. конф. «Перспективные технологии, материалы и оборудование в литейном производстве»: Краматорск, 7-11 сентября 2009 г. / Л. А. Древаль, А. Р. Абдулов, П. Г. Агравал и др. - Краматорск: ДГМА, 2009. - С. 77-78.

Дисертантом виконана обробка експериментальних даних.

10. Калориметрическое исследование энтальпий смешения расплавов систем Cu-Fe-Cr и Cu-Fe-V: материалы II междунар. научно-техн. конф. «Перспективные технологии, материалы и оборудование в литейном производстве»: Краматорск, 7-11 сентября 2009 г. / Л. А. Древаль, А. Р. Абдулов, П. Г. Агравал и др. - Краматорск: ДГМА, 2009. - С. 78-79.

Дисертантом виконана обробка експериментальних даних.

11. The thermodynamic properties of liquid alloys of the Cu-Fe-TM (TM = V, Cr, Co, Ni) systems: 5th International Conference Physics of Liquid Matter: Modern Problems, Kyiv, Ukraine, 21-23 May, 2010: Abstracts / L. Dreval', M. Turchanin, A. Abdulov, A. Samsonnikov. - Taras Shevchenko National University, 2010. - P. 183.

Дисертантом досліджені теплоти утворення рідких сплавів, проаналізовано концентраційну залежність ентальпій змішування розплавів систем.

12. Mixing enthalpies of liquid alloys and thermodynamic assessments of the Cu-Fe-TM (TM = V, Cr, Co, Ni) systems: International Conference on Phase Diagram Calculations and Computational Thermochemistry CALPHAD XXXIX, Jeju, Korea, 23-28 May, 2010: Program and Abstracts. / L. Dreval', M. Turchanin, A. Abdulov, P. Agraval. - Pohang University of Science and Technology, 2010 - P. 47.

Дисертантом побудовані термодинамічні моделі фаз систем.

13. L. A. Dreval' Thermodynamic assessment of the Cu-Fe-Cr phase diagram: XI International Conference on Crystal Chemistry of Intermetallic Compounds, Lviv, Ukraine, May 30 - June 2, 2010: Collected Abstracts / L. A. Dreval', M. A. Turchanin, A. R. Abdulov. - Ivan Franko National University of Lviv, 2010. - P. 22.

Дисертантом побудовані термодинамічні моделі фаз систем.

Анотація

Древаль Л. О. Термодинамічні властивості рідких сплавів міді та заліза з хромом, кобальтом та нікелем. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.04 - фізична хімія. - Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2011.

Вперше методом високотемпературної ізоперіболічної калориметрії досліджено ентальпії змішування розплавів систем Cu-Fe-(Cr, Co, Ni) при 1873 К. Методами фізико-хімічного аналізу досліджено фазові перетворення в сплавах системи Cu-Fe-Cr. В рамках CALPHAD-методу виконані нові термодинамічні описи подвійної системи Fe-Co і потрійних систем Cu-Fe-(Cr, Co, Ni). Виконано моделювання меж фазових перетворень за участю розшарованих розплавів. Проведена теоретична оцінка концентраційних областей отримання сплавів з особливими типами структур і температурно-концентраційних меж утворення пересичених твердих розчинів при загартуванні з рідини. Розраховані термодинамічні функції змішування розплавів у всій концентраційній області. В досліджених системах визначальну роль відіграють парні взаємодії між компонентами, а внесок потрійної взаємодії є невеликим і не визначає характеру відхилень функцій змішування від ідеальності. В області повної змішуваності компонентів внесок ідеальної складової енергії Гіббса домінує над надлишковою складовою енергії Гіббса. Зростання позитивних значень надлишкової енергії Гіббса і зменшення абсолютних значень ідеальної енергії Гіббса зі зниженням температури призводить до зменшення термодинамічної стабільності рідкої фази і її розшарування.

Ключові слова: сплави на основі міді та заліза, розплави, термодинамічні функції змішування, сплави з особливими типами структур, розшарування, CALPHAD-метод, термодинамічний опис систем, метастабільні фазові перетворення.

Аннотация

Древаль Л. А. Термодинамические свойства жидких сплавов меди и железа с хромом, кобальтом и никелем. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.04 - физическая химия. - Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2011.

Впервые методом высокотемпературной изопериболической калориметрии исследованы энтальпии смешения расплавов систем Cu-Fe-(Cr, Co, Ni) при 1873 К и установлен их знакопеременный характер. Методами сканирующей электронной микроскопии, локального рентгеноспектрального, рентгенофазового и дифференциального термического анализов исследованы фазовые превращения в сплавах системы Cu-Fe-Cr. Установлено, что в данной системе наблюдается стабильное расслоение жидкой фазы.

В рамках CALPHAD-метода выполнены новые термодинамические описания двойной системы Fe-Co и тройных систем Cu-Fe-(Cr, Co, Ni). В рамках полученных термодинамических описаний рассчитаны координаты инвариантных реакций, реакционные схемы, поверхности ликвидуса, солидуса, а также стабильного и метастабильного расслоения расплавов трехкомпонентных систем. Полученные термодинамические модели фаз систем использованы для моделирования температурно-концентрационных границ фазовых превращений с участием расслоившихся расплавов. Выполнена теоретическая оценка концентрационных областей получения сплавов с особыми типами структур и температурно-концентрационных границ образования пересыщенных твердых растворов при закалке из жидкости.

В рамках полученных термодинамических описаний систем рассчитаны термодинамические функции смешения расплавов во всей концентрационной области. Показано, что в рассматриваемых системах определяющую роль играют двойные взаимодействия между компонентами. Вклад тройного взаимодействия является небольшим по абсолютной величине и не определяет характер отклонений от идеальности в тройных системах. Рост положительных значений избыточной энергии Гиббса смешения наряду с уменьшением абсолютных значений идеальной энергии Гиббса смешения с понижением температуры приводит к уменьшению термодинамической стабильности жидкой фазы и к ее расслоению.

Ключевые слова: сплавы на основе меди и железа, расплавы, термодинамические функции смешения, сплавы с особыми типами структур, расслоение, CALPHAD-метод, термодинамическое описание систем, метастабильные фазовые превращения.

summary

Dreval' L. A. Thermodynamic properties of liquid alloys of copper and iron with chromium, cobalt and nickel. - Manuscript.

Dissertation for Cand. Sci. (Chem.) degree in the 02.00.04 Speciality - Physical Chemistry. - Taras Shevchenko Kiev National University, Kiev, 2011.

The mixing enthalpies of liquid Cu-Fe-(Cr, Co, Ni) alloys were studied at 1873 K by the high-temperature isoperibolic calorimetry for the first time.

The phase relations in Cu-Fe-Cr alloys were investigated using the methods of the physical-chemical analysis.

The new thermodynamic assessments of the binary Fe-Co and ternary Cu-Fe-(Cr, Co, Ni) systems were carried out in the spirit of the CALPHAD-method. The modeling of the ranges of the phase transformations with the participation of the separated liquid alloys was made.

The composition ranges of the manufacturing of the alloys with special structures and temperature-composition limits of the formation of the supersaturated solid solutions during the liquid quenching were assessed.

The thermodynamic mixing functions of liquid alloys were calculated in the whole composition range.

The pair interactions between the components are of exceptional importance in the investigated systems while the ternary contribution is small and do not define the character of deviations of thermodynamic functions from ideality.

The contribution from ideal term of Gibbs energy dominates the contribution from the excess term of Gibbs energy in the region of complete components solubility.

With the temperature decreasing the growth of the positive values of the excess Gibbs energy and decreasing of the absolute values of the ideal Gibbs energy take place which leads to decreasing of the thermodynamic stability of the liquid phase and finally to its miscibility.

Keywords: copper and iron based alloys, liquid alloys, thermodynamic functions of mixing, alloys with special structures, separation, CALPHAD-approach, thermodynamic assessment of systems, metastable phase transformations.

Размещено на Allbest.ur