Окисление твёрдого алюминиево-магниевого сплава АМг4, легированного скандием

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2013, том 56, №6_

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 669.715. 620.193

С.Ж.Иброхимов, академик АН Республики Таджикистан И.Н.Ганиев*, Б.Б.Эшов*

ОКИСЛЕНИЕ ТВЁРДОГО АЛЮМИНИЕВО-МАГНИЕВОГО СПЛАВА АМг4,

ЛЕГИРОВАННОГО СКАНДИЕМ

Таджикский технический университет им. академика М.Осими, Институт химии им.В.И.Никитина АН Республики Таджикистан

В работе методом термогравиметрии исследовано окисление твёрдого алюминиево-магниевого сплава АМг4, содержащего скандий, в атмосфере воздуха. Установлены кинетические и энергетические параметры процесса окисления. Идентифицированы продукты окисления сплавов.

Ключевые слова: кинетика окисления - сплав АМг4 - термогравиметрия - продукты окисления.

К сплавам системы Al-Mg относится большая группа широко используемых в промышленности сплавов: АМг0.5, АМг1, АМг2, АМг3, АМг4, АМг5, АМг6. Из них изготавливают все виды полуфабрикатов: листы и плиты, прессованные изделия (прутки, профили, панели, трубы), поковки и штамповки, проволоку заклёпочную и сварочную.

Согласно диаграмме состояния системы Al-Mg, при температуре эвтектики (450°С) в алюминии растворяется 17.4% Mg. При понижении температуры растворимость уменьшается [1].

В рамках данной работы исследована окисляемость сплава АМг4, легированного скандием, так как скандий является наиболее стойким к окислению среди редкоземельных металлов, а с целью оптимизации состава изучено окисление алюминиево-магниевого сплава АМг4, легированного скандием.

Для получения сплавов были использованы алюминий марки А995 и промышленная лигатура на основе алюминия, содержащая 2.5 масс.% скандия. Содержание скандия в сплаве АМг4 составляло 0.01; 0.05; 0.1 и 0.5 масс.%. Сплав алюминия АМг4 был получен в вакуумной печи сопротивления типа СНВ-1.1.1/16ИЗ. Легирование сплава АМг4 лигатурой осуществляли в открытых шахтных печах типа СШОЛ.

Кинетику окисления изучали методом термогравиметрии, основанном на непрерывном взвешивании образца, подвешенного на откалиброванной молибденовой пружине с помощью катетометра КМ-8 при постоянной температуре [2,3]. Для опытов использовали предварительно прокалённые при 1373 К тигли из оксида алюминия диаметром 18-20 мм, высотой 25-26 мм.

Адрес для корреспонденции: Иброхимов Сухроб Жанайдуллоевич. 734042, Республика Таджикистан, г.Душанбе, пр.акад. Раджабовых, 10, Таджикский технический университет. E-mail: suhrob-73@list.ru

Таблица 1

Кинетические и энергетические параметры процесса окисления твёрдого алюминиево-магниевого

сплава АМг4, легированного скандием

Содержание магния в сплаве АМг4, масс.%. Температура окисления, К Истинная скорость окисления, К-10-3 кг/м2 -сек. Кажущаяся энергия активации, кДж/моль

0.0 673 773 873 5.2 5.9 6.3 102.3

0.01 673 773 873 5.1 5.6 6.02 129.5

0.05 673 773 873 4.6 5.2 5.7 142.2

0.1 673 773 873 4.3 4.9 5.2 153.5

0.5 673 773 873 4.55 5.05 5.5 128.7

Скорость окисления вычисляли по касательным, проведённым к нескольким точкам кривых окисления, и по формуле §/б/Дт, а значение кажущейся энергии активации вычисляли по тангенсу угла наклона зависимости ^К-1/Т. Результаты расчетов представлены в табл. 1.

Кривые окисления сплава АМг4, построенные при температурах 673, 773 и 873 К, характеризуются линейной скоростью окисления в начале процесса (5-10мин), затем, по мере роста толщины оксидной пленки переходят в параболическую. Истинная скорость окисления в зависимости от температуры изменяется от 5.2-10-3 до 6.3^10-3 кг/м2-сек. Кажущаяся энергия активации процесса окисления составляет величину 102.3 кДж/моль. С целью выявления общих закономерностей исследование сплавов проведено при одинаковых температурах.

При добавке скандия в количестве 0.01 масс.% наблюдается незначительное снижение скорости окисления исходного сплава. Дальнейшее повышение концентрации скандия в пределах исследованных составов также снижает скорость окисления сплава АМг4. Если при легировании сплава 0.05 масс.% скандием при температуре 773 К скорость окисления составляет 4.6-10-3 кг/м2-сек, то при этой же температуре и увеличении концентрации легирующей добавки в два раза скорость окисления несколько снижается (табл.). Эту закономерность можно отслеживать и по величинам кажущейся энергии активации, так как она обратно пропорциональна скорости окисления. В качестве примера на рис.1 приведены кинетические кривые окисления твёрдого сплава АМг4, легированного 0.05 масс.% скандия при различных температурах. Полученные уравнения кривых окисления и уровень достоверности аппроксимации их представлены в табл. 2. С ростом температуры наблюдается увеличение привеса образца, который после 20 мин приобретает постоянное значение.

Что касается влияния температуры, то необходимо отметить, что окисление всех сплавов при 773 К протекает, по-видимому, по механизму толстых плёнок, так как в начальных стадиях не на-

Доклады Академии наук Республики Таджикистан

2013, том 56, №6

блюдается явный линейный ход кривых окисления. Однако при более высокой температуре кривые характеризуются линейным повышением удельной массы образцов.

Таблица 2

Результаты обработки кривых окисления сплава АМг4, содержащего 0.05 масс.% скандия

Температура, К Уравнение Коэффициент регрессии

673 у =0.000х3-0.017х2 +0,844х Я=0.994

773 у =1Е-0.5х3-0.024х2 +1,102х Я=0.997

873 у =0.000х3-0.027х2 +1,235х Я=0.994

Продукты окисления сплавов изучали методом рентгенофазового анализа на дифрактометре Дрон-3 (скорость вращения счётчика 2 градуса в мин, ираб.=36 кВ, 1=20 мА) (рис.2). Идентификация дифрактограмм показала, что основными продуктами окисления являются у-Л120з, MgO и оксиды сложного состава. Установлено положительное влияние скандия на окисляемость сплава АМг4.

Поступило 20.04.2013 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Диаграмма состояния двойных металлических систем. Справочник в 3-х т.: т.1. Под.общ. ред. Н.П.Лякишева. - М.: Машиностроение,1996, 992 с.

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

3. Ганиев И.Н. - Защита металлов, 1995, т. 31, №6, с.597-600.

С.Ж.Иброхимов, И.Н.Раниев*, Б.Б.Эшов* ОКСИДШАВИИ ХУЛАИ САХТИ АЛЮМИНИЙ-МАГНИЙ АМг4, КИ БО СКАНДИЙ ЛЕГИРОНИДА ШУДААСТ

Донишго^и техникии Тоцикистон ба номи академик М.Осими, *Институти химияи ба номи В.И.Никитини Академияи илмхои Цум^урии Тоцикистон

Бо усули термогравиметрй оксидшавии хулаи алюминий-магний АМг4, ки бо скандий легиронида шудааст омухта шудааст. ^онунияти тагйирёбии суръати оксидшавй аз хдрорат ва микдори скандий дар хула вобастагй дорад.

Калима^ои калиди: кинетикаи оксидшавй - хулаи АМг4 - термогравиметрия - маусули оксидшавй.

S.G.Ibrohimov, I.N.Ganiev*, B.B.Eshov* THE OXIDATION OF SOLID Al-Mg ALLOY(AMr4) CONTAINING SCANDIUM

M.Osimi Tajik Technical University, V.I.Nikitin Institute of Chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan By thermogravimetrical method of the explored oxidation of aluminum-magnesium alloy АМг4 containing scandium. Installed regularity of the change to velocities of the oxidation from temperature and composition.

Key words: kinetics of oxidation - alloy АМг4 - thermogravimetrical - oxidation products.