А.В. Кайбичев, И.А. Кайбичев, Е.В. Игнатьева. 

АННОТАЦИЯ

Удаление газов определили по снижению веса расплава. Снижение веса могло происходить при удалении железа, углерода, водорода, азота и кислорода. Постоянство веса расплава Fe-C (2 мас. %) в конце опыта в электрическом поле и без него исключило железо из числа удаляемых элементов. Удаление остальных элементов рассчитано по массе одноатомных ионов с учетом влияния условий проведения опытов. Масса одноатомного иона элемента определена по необходимому для его переноса количеству электричества, доли ионов в электричестве и атомному весу элемента. Доля ионов в прошедшем электричестве определена из отношения скорости иона к сумме со скоростью электрона. Необходимое количество электричества для переноса одноатомного иона элемента рассчитано по отношению произведения доли ионов элемента в прошедшем электричестве и его атомного веса к сумме их значений всех участников переноса. Масса одноатомных ионов удаляемых элементов при умножении на определяемое число атомов равна изменению веса расплава. Удаляемые газы: водород, азот, кислород, установлены по определяемым числам их атомов из равенства масс во время опыта и в короткие периоды проведения. Масса одноатомных ионов газов во время опыта больше массы таких ионов в коротких периодах.

Из расплава Fe-C (0.8 мас. %) во время опыта удалялся водород в виде ионов Н₃⁺ (0.0658•10^-3 г) и азот – N₃⁺ (7.2396•10^-3 г). Отклонение их массы от изменения веса составило + 0.07 %.

Из расплава Fe-C (2 мас. %) во время опыта удалялся водород в виде ионов Н₁₀⁺ (0.180•10^-3 г), азот – N₂⁺ (4.0208•10^-3 г), кислород О₅⁺ (13.04268•10^-3 г). Отклонение их массы от изменения веса составило – 0.03 %. Газы из расплава удаляли многоатомные ионы. Углерод не удалялся, в поверхностном слое отсутствовал.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

расплав, водород, углерод, азот, кислород, кулон, вольт, ионы, атомность, масса.

DOI: 10.31857/S0235010622040053

А.В. Руденко, А.А. Катаев, О.Ю. Ткачева. 

АННОТАЦИЯ

Разработана методика измерения вязкости криолитовых расплавов ротационным методом с использованием высокотемпературного реометра FRS-1600. Определена вязкость расплавов натриевого криолита NaF-AlF₃ с криолитовым отношением (КО) 2.1, 2.3, 2.5 и калиевого криолита КF-AlF₃ с КО 1.5, которые используются при электролитическом получении алюминия и его сплавов в промышленных электролизерах и лабораторных установках. Характер зависимости вязкости от скорости сдвига определяли по кривым течения, характеризующим соотношение между напряжением сдвига и скоростью сдвига, и кривым вязкости, которые представляют собой зависимость вязкости от скорости сдвига, и выбирали параметр скорости сдвига, при котором расплав ведет себя как Ньютоновская жидкость. Область ламинарного течения криолитовых расплавов находится в диапазоне скорости сдвига 10–16 с^-1. Измерение вязкости натриевого криолита NaF-AlF₃ проводили в температурном интервале от точки ликвидуса до 1293 К при постоянной скорости сдвига 12 с^-1. Вязкость криолитовых расплавов снижается с уменьшением КО. При 1283 К вязкость расплавов NaF-AlF₃ с КО 2.1, 2.3, 2.5 составляет 2.35, 2.43 и 2.50 мПа⸳с, соответственно. Полученные значения превышают известные литературные данные на 25%, что можно объяснить методическими трудностями измерения вязкости криолитовых расплавов осцилляционным методом при температурах около 1273 К. Вязкость калиевого криолита KF-AlF₃ с КО = 1.5 измеряли в температурном интервале 830–1040 K. Она составляет 1.82 мПа⸳с при 1073 К. Температурная зависимость вязкости расплавов натриевого и калиевого криолитов описывается линейным уравнением ln(η) = a + b/T. Показана возможность определения температуры фазовых переходов многокомпонентных систем по температурной зависимости вязкости.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

динамическая вязкость, ротационная вискозиметрия, расплавленные соли, криолит натрия, криолит калия

DOI: 10.31857/S0235010622050073

А.Л. Бельтюков, Б.А. Русанов, Д.А. Ягодин, А.И. Мороз, Е.В.Стерхов, Л.Д. Сон, В. И. Ладьянов. 

АННОТАЦИЯ

Сплавы на основе алюминия, склонные к аморфизации, активно изучаются благодаря их малому удельному весу, высоким механическим и коррозионным свойствам. В настоящей работе выполнены экспериментальные исследования вязкости (методом Швидковского), плотности (методом проникающего гамма излучения) и электрического сопротивления (бесконтактным методом вращающегося магнитного поля) аморфизующегося сплава Al₉₁La₉ в широком диапазоне температур. Измерения проводились в атмосфере высокочистого гелия. Образцы приготовлялись пятикратным вакуумно-дуговым переплавом в атмосфере высокочистого гелия. Химический анализ полученного состава проведен на атомно-эмиссионном спектрометре с индуктивно-связанной плазмой. Морфология образованных соединений в сплаве изучена на растровом электронном микроскопе. Элементный состав различных по контрасту областей был установлен при помощи микрорентгеноспектрального анализа. Исследования фазового состава проводились на дифрактометре с использованием излучения CuKα

Показано, что данный сплав в жидком состоянии характеризуется наличием гистерезиса (несовпадения хода политерм нагрева и охлаждения) свойств и длительных временных процессов перехода в более однородное состояние (долговременная релаксация). Эти процессы наблюдаются для вязкости и плотности, но не обнаруживаются при измерениях электросопротивления. Поэтому мы полагаем, что они не затрагивают локальный порядок в расплаве, а происходят на мезо- или макроскопическом масштабе.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

алюминиевые сплавы, вязкость, плотность, гамма-абсорбционный метод, расплавы, алюминий, редкоземельные металлы, долговременная релаксация, неоднородности.

DOI: 10.31857/S0235010622050024

Э.А. Карфидов, Е.В. Никитина, Б.А. Русанов, В.Е. Сидоров. 

АННОТАЦИЯ

Аморфные и нанокристаллические сплавы алюминий – переходный металл – редкоземельный металл активно исследуются в последние годы, благодаря повышенным значениям коррозионных и механических свойств по сравнению с кристаллическими аналогами. Для более широкого промышленного использования аморфных сплавов Al-ПМ-РЗМ необходимо повышение их термической стабильности и стеклообразующей способности. Использование одновременно двух переходных металлов – никеля и кобальта в различных соотношениях, и, соответственно, создание композиций Al-Ni-Co-РЗМ, позволяет получать аморфные сплавы с большей GFA и термической стабильностью по сравнению с тройными составами. В настоящей работе исследовано влияние содержания кобальта на коррозионное поведение аморфных лент Al-Ni-Co-Gd(Yb), полученных методом спиннингования из металлических расплавов. Чем выше растворимость гидроксида РЗМ, тем меньше коррозионная стойкость и, соответственно, выше скорость коррозии материала.

По данным гравиметрического и химического анализов показано, что составы с большим содержанием кобальта (4 ат. %) имеют большую коррозионную стойкость в исследуемых условиях, чем составы, содержащие 2 ат. % кобальта. Сплавы состава Al₈₆Ni₄Co₄R₆ оказались более стойкими, чем сплавы Al₈₆Ni₆Co₂R₆, несмотря на несколько большую электроотрицательность кобальта по сравнению с никелем, что может быть связано с меньшей растворимостью гидроксида кобальта (II).

 Изученные композиции имеют высокие показатели коррозионной стойкости и могут рассматриваться в качестве перспективных при разработке защитных покрытий на основе алюминия.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

аморфные сплавы, аморфные ленты, коррозионная стойкость, алюминий, редкоземельные металлы

DOI: 10.31857/S0235010622050048

А.С. Вусихис, Л. И. Леонтьев, С.В. Сергеева. 

АННОТАЦИЯ

В работе представлены результаты термодинамического моделирования фьюмингования шлака медной плавки в печи Ванюкова продуктами конверсии метана кислородом, водяным паром и углекислым газом в интервале температур 1473–1773 К. Для этого использована методика, позволяющая описать изменения в составах фаз исследуемых систем при их барботаже в зависимости от количества введенного газа-восстановителя, и отличающаяся цикличностью проведенных расчетов с выводом из состава рабочего тела образовавшихся газов и металлической фазы. В результате проведенных расчетов установлено, что, процесс взаимодействия газа с оксидами расплава протекает в два этапа независимо от его состава. На первом этапе происходит восстановление Fe₃O₄ до FeO, а ZnO до Zn. В связи с этим содержание в расплаве Fe₃O₄ и ZnO уменьшается, а FeO увеличивается. На втором этапе появляется металлическое железо, а содержание оксидов железа и цинка уменьшается. Показано значительное влияние температуры на фьюмингование. С ростом температуры от 1473 до 1773 К процесс значительно интенсифицируется, что сопровождается снижением количества газа-восстановителя необходимого для достижения близких значений степени извлечения цинка, в 4 раза. Состав газа слабо влияет на процесс. Показано, что наиболее эффективным восстановителем является газ полученный методом паровой конверсии метана, что обусловлено минимальными затратами на его получение. Полученные результаты позволяют прогнозировать показатели процесса фьюмингования продуктами конверсии метана и будут полезны для создания новых технологий.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

термодинамическое моделирование, восстановление, фьюмингование, конвертированный газ, барботаж, оксидный расплав, железо, цинк.

DOI: 10.31857/S0235010622050103

К. О. Боброва, В. Н. Докутович, П. Н. Мушников. 

АННОТАЦИЯ

В работе представлены экспериментальные данные по теплопроводности расплавленных солевых смесей следующих составов: 0.66LiF-0.34BeF₂ и 0.73LiF-0.27BeF₂, (0.73LiF-0.27BeF₂) + 1 мол. % UF₄ и (0.73LiF-0.27 BeF₂) + 2 мол. % UF₄. Теплопроводность последних трех смесей измерена впервые. Ввиду гигроскопичности фторида бериллия все работы с солями, включая стадии переплавки, фильтрации, дробления и т.д., проводились в перчаточном боксе в инертной атмосфере аргона с контролируемым уровнем содержания кислорода и паров воды (не более 1 ppm). Измерения проведены стационарным методом коаксиальных цилиндров в никелевом приборе в интервале температур от 500 до 800°С. Теплопроводность расплава 0.66LiF-0.34 BeF₂ в пределах погрешности метода (±5%) хорошо согласуется с экспериментальными данными, описанными в литературе. Теплопроводность всех исследованных расплавленных смесей увеличивается с ростом температуры, температурные зависимости аппроксимированы линейными уравнениями. Максимальный прирост теплопроводности составляет 25% для смеси 0.73LiF-0.27 BeF₂ + 2 мол. % UF₄ в интервале 560–800°С. Изменение состава FLiBe (LiF с 66 до 73 мол. % и BeF₂ с 34 до 27 мол. %, соответственно) приводит к незначительному изменению теплопроводности (в среднем на 5%, что лежит в пределах ошибки эксперимента). Добавление 1 и 2 мол. % UF₄ (сильного комплексообразователя) приводит к более заметному понижению теплопроводности расплава 0.73LiF-0.27 BeF₂ в среднем на 12%. Используя наши данные по теплопроводности, а также литературные значения плотности и теплоемкости, была рассчитана температуропроводность изученных расплавленных смесей при трех температурах: 600, 700 и 800°С. Показано, что рассчитанные значения температуропроводности состава 0.66LiF-0.34 BeF₂ хорошо согласуются с литературными данными.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

теплопроводность, температуропроводность, расплавленные соли, фторид лития, фторид бериллия, фторид урана, теплоноситель, топливная соль.

DOI: 10.31857/S0235010622050036

С.А. Упоров, С.Х. Эстемирова, Е.В. Стерхов, П.В. Зайцева, М.Ю. Скрыльник, К.Ю. Шуняев, А.А. Ремпель. 

АННОТАЦИЯ

Синтезированы и аттестованы образцы редкоземельных эквиатомных сплавов GdTbDyHoSc и GdTbDyHoY. Выполнена термическая обработка (отжиг в вакууме) полученных образцов в течение 2 часов при температуре 1173 К. Для всех сплавов определен фактический химический состав, рассчитаны и уточнены параметры элементарных ячеек выявленных фаз, оценены микродеформации и дефектность структуры, а также концентрация кислорода. Установлено, что в литом (закаленном) состоянии для всех сплавов характерно полифазное состояние с преобладанием (> 97%) твердого раствора с ГПУ структурой, а также идентифицированы примеси оксидных фаз. Анализ структуры отожженных сплавов показал, что состав GdTbDyHoSc является термически стабильным материалом с ГПУ структурой, а образец GdTbDyHoY демонстрирует полифазное состояние, включающим смесь ГПУ и ОЦК твердых растворов. Оксидные примеси, выявленные во всех образцах, соответствуют фазам с общей химической формулой R₂O₃. Количество оксидных фаз не превышает 2–3% в случае Sc-содержащего сплава и 5–7% для иттриевого сплава. Методами оптической и растровой электронной микроскопии изучена микроструктура литых и отожженных в течение 2 часов образцов GdTbDyHoSc и GdTbDyHoY. Все сплавы характеризуются укрупненной микроструктурой, размер кристаллитов составляет порядка 50–100 мкм. На поверхности образцов также выявлены следы дополнительных включений, являющихся следствием коррозии сплавов под влиянием компонентов воздуха. Установлено, что оба сплава обладают высокой реакционной способностью к компонентам воздуха, на поверхности образцов активно формируются включения оксидных фаз сложного состава.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

Высокоэнтропийные сплавы, твердый раствор, редкоземельные металлы, структура, термическая стабильность, окисление

DOI: 10.31857/S0235010622050097

С О Д Е Р Ж А Н И Е 

А. В. Руденко, А. А. Катаев, М. М. Неупокоева, О. Ю. Ткачева. 

АННОТАЦИЯ

Показана принципиальная возможность получения алюминиевых сплавов в условиях низкотемпературного электролиза в ячейках с вертикальными малорасходуемыми металлическими анодами и смачиваемыми катодами. Алюминиевые сплавы получали электролизом расплава KF-NaF(10 мас. %)-AlF₃-Al₂O₃ с криолитовым отношением (КО) в гальваностатическом режиме в ячейках с вертикально расположенными металлическим анодом состава Fe-Ni-Cu и борированным графитовым катодом при 830°С. Электролиз протекал при постоянном напряжении 2.8±0.1 B в течение 14 ч. Источником легирующих компонентов алюминиевых сплавов был металлический анод Fe-Ni-Cu, на поверхности которого во время электролиза образуется оксидный слой. Концентрация легирующих металлов в получаемом алюминии оставалась практически постоянной или незначительно увеличивалась в течение электролиза. Для изучения взаимодействия оксидного слоя с компонентами электролита методом изотермического насыщения проведены исследования растворимости оксидов Fe₂O₃ и NiO в легкоплавких расплавах на основе калиевого криолита KF-AlF₃ и KF-NaF(10мас.%)-AlF₃ с криолитовым отношением КО = 1.3-1.5 в температурном интервале 750–850°С. Растворимость Fe₂О₃ в криолитовых расплавах падает с увеличением концентрации NaF и с уменьшением КО. В электролите KF-NaF(10 мас. %)-AlF₃ с КО = 1.3 растворимость Fe₂O₃ наименьшая среди всех исследованных расплавов, которая составляет 0.016 мас. % при 820°С. При температурах, превышающих соответствующие температуры ликвидуса на 30–90 градусов, растворимость NiO в легкоплавких криолитовых расплавах на порядок ниже, чем растворимость Fe₂O₃.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

криолитовое отношение, криолит-глиноземный раплав, растворимость оксидов переходных металлов, вертикальные электроды, малорасходуемые аноды, алюминиевые сплавы

DOI: 10.31857/S0235010622040089

О. В. Волкова, В. В. Захаров, Е. А. Ильина, Б. Д. Антонов, А. А. Панкратов.

АННОТАЦИЯ

Исследованы разрядные характеристики элементов термоактивируемого химического источника тока (ТХИТ), содержащих в качестве положительного электрода смеси NiCl₂–CoF₂. Установлено, что использование смесей вместо чистого хлорида никеля позволяет снизить температуру разряда элемента ТХИТ без потери мощностных характеристик. Минимальная температура фиксации устойчивого разрядного плато 460°С. Максимальная емкость разрядного плато составляет 0.3 А⋅ч⋅г^-1. Определены состав и морфология продуктов восстановления исследуемых катодных материалов. Установлено, что в процессе разряда элемента ТХИТ происходит восстановление исходных хлорида никеля и фторида кобальта до металлов. Процесс восстановления сопровождается диффузией галогенидов лития из сепаратора в катодное пространство. Восстановленные металлы (Ni, Co) образуют сеть разветвленных дендритов, покрытых солевой пленкой на основе галогенидов лития. Температура плавления солевой фракции продуктов восстановления для катодов, содержащих 10–20 мас. % CoF₂, составляет 460–470°С.  В зоне катодной реакции в состав расплава солевой фракции входят активные компоненты катода, образуя твердые растворы и смесь комплексных соединений системы Li, Ni, Co||Cl, Br, F. Показано, что процесс восстановления ионов переходных металлов до металлов протекает по расплавному механизму в режиме диффузионной кинетики.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

термоактивируемые химические источники тока; катод; фторид кобальта; хлорид никеля

DOI: 10.31857/S0235010622040107