Молекулярные модели комплексов на основе ионов РЗМ во фторидных солевых расплавах

И. А. Бабина, Б. С. Воронцов, В. В. Москвин, А. О. Бабин.

АННОТАЦИЯ

Фторидные солевые расплавы применяются во многих металлургических процессах и технологиях. Известно, что даже очень небольшие добавки редкоземельных металлов (РЗМ) существенно изменяют их структурно-чувствительные свойства. Обсуждаются возможные механизмы такого влияния и различные модели участия ионов РЗМ в структурообразовании фторидных расплавов. Методами молекулярной механики и квантовой химии подтверждена возможность образования ионами РЗМ комплексов состава LnF₆Me₁₄ (Ln – La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu; Me – Li, Na, K, Cs) во фторидных солевых расплавах. Подобный состав в литературе постулирован на основе интерпретации спектральных данных и гипотезы о близости структур фторидных солей в жидком и твердом состояниях при высоких температурах. Приведены полученные в расчетах с силовым полем ММ+ данные о геометрическом строении молекулярных моделей подобных комплексов в области минимумов поверхности потенциальной энергии. Выявлено три различных по геометрическому строению типа структур. Показана возможность формирования самосогласованной электронной подсистемы в моделях с оптимизированной геометрией. Проанализированы особенности плотности электронных состояний в валентном и SPARKLE приближениях. Показано что электронные уровни координируемых ионами РЗМ атомов щелочных металлов существенно влияют на плотность электронных состояний основы комплекса, что свидетельствует о перспективности полученных моделей для последующего исследования спектральных свойств. Предложенный подход, который начинается с построения молекулярных моделей комплексов на основе РЗМ и завешается расчетом различного рода спектральных характеристик, связанных с электронной структурой и геометрией этих комплексов, является альтернативным традиционному пути от свойств к структуре.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

молекулярные модели комплексов, модельный эксперимент, фторидные расплавы ионов, спектральные характеристики, электронная структура

DOI: 10.31857/S0235010621040022

Термодинамические характеристики расплавов бинарной системы Al-Hf.

И.О. Гилев, А.Б. Шубин, П.В. Котенков.

АННОТАЦИЯ

Изучены термодинамические характеристики расплавов системы алюминий-гафний. Проведен анализ известных (Δ_fH⁰₂₉₈) и расчет неизвестных (S⁰₂₉₈), (H⁰₂₉₈– H⁰₀), C_p(T) и C_p(liq)) термодинамических свойств конгруэнтно плавящихся соединений Al₃Hf, Al₂Hf, AlHf и Al₂Hf₃. Значения стандартных энтальпий образования интерметаллидов были заимствованы из литературы, где были рассчитаны на основе полуэмпирической модели Миедема, и составили -142.4, -134.1, -100.6, -225 кДж/моль для каждого из интерметаллидов, соответственно. Результаты анализа и расчетов были использованы при термодинамическом моделировании (ТМ) расплавов системы Al-Hf. В качестве расчетного инструмента при ТМ применялся программный комплекс «TERRA». При моделировании состава и термодинамических характеристик расплавов в качестве расчетной была использована модель идеальных растворов продуктов взаимодействия (ИРПВ). На основе данной модели была изучена термодинамика жидких растворов в системе алюминий-гафний. Моделирование проводилось в исходной среде аргона при общем давлении 10⁵ Па. Исследована область температур и составов, соответствующая жидкому состоянию данной системы 2100–2300К. Сопоставление полученных результатов с результатами моделирования в приближении идеального раствора, позволило определить избыточные интегральные термодинамические характеристики расплавов данной системы (энтальпия, энтропия, энергия Гиббса). Показано, что энтальпии смешения закономерно уменьшаются по абсолютному значению с ростом температуры. Найденные значения сравнивались с известными данными интегральных энтальпий смешения для расплавов алюминия с другими переходными элементами III–IV группы (Sc, Ti, Zr). Установлено, что образование жидких сплавов систем Al-Hf, Al-Sc, Al-Ti и Al-Zr сопровождается значительным выделением тепла. Экстремальное значение интегральной энтальпии смешения сплава Al-Hf находится на одном уровне с той же величиной для сплава Al-Ti и по модулю не превышает -32кДж/моль. Компоненты систем Al-Sc и Al-Zr проявляют склонность к более сильному взаимодействию, ΔH_mix достигает значения -45кДж/моль. Использованная при ТМ модель ИРПВ позволила адекватно описать термодинамические свойства расплава алюминий-гафний.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

термодинамическое моделирование, избыточные термодинамические функции, расплав, алюминий, гафний, переходные металлы, ассоциаты, интерметаллиды.

DOI: 10.31857/S0235010621010035

Вязкость жидкого алюмоматричного композита Al–7% Si + 5% Al2O3

А. Б. Финкельштейн, О. А. Чикова, М. Махмудзода, В. В. Вьюхин

АННОТАЦИЯ

Методом крутильных колебаний изучена кинематическая вязкость жидкого алюмоматричного композита (Al–7% Si + Al2O3), полученного методом продувки предварительно гидрогенизированного расплава кислородом, в сравнении с исходным сплавом. Фотометрическим методом выявлена доля оксидных частиц в алюминиевой матрице. Отмечено отсутствие ветвления политерм расплава композиционного материала, что связано с присущей ему микрогетерогенностью. Показана возможность прогнозирования вязкости композиционного материала по известным зависимостям с учетом осколочной формы частиц дисперсной фазы Полученные данные можно использовать для расчета литниковых систем.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

композиционный материал, частицы, дисперсионная среда, кинематическая вязкость, уравнение Эйнштейна, микрогетерогенность.

DOI: 10.1134/S0235010619040042

Особенности алюминотермического восстановления титана в присутствии оксидов тантала и ванадия

Л. Б. Ведмидь, Е. М. Жилина, Т. В. Осинкина, С. А. Красиков, С. В. Жидовинова, Е. В. Никитина

АННОТАЦИЯ

Выполнено теоретическое и экспериментальное моделирование процессов совместного алюминотермического восстановления титана и тантала, титана и ванадия из их пентаоксидов. Установлена последовательность и особенности образования соединений в системах Al–TiO2–Ta2O5 и Al–TiO2–V2O5.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

сплав, алюминотермическое восстановление, интерметаллические соединения, фазообразование.

DOI: 10.1134/S0235010619040133

Связь акустической эмиссии с локальной структурной перестройкой в неравновесном расплаве алюминия

В. Б. Воронцов, В. К. Першин

АННОТАЦИЯ

Получены и проанализированы экспериментальные результаты исследования зависимости энергии и числа сигналов акустической эмиссии (АЭ) от температуры расплава в интервале температур 680–860°С. Установлена связь акустической эмиссии со структурными изменениями в жидких металлах на примере расплава алюминия. Приведены модели кластеров.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

кристаллическая структура, модель кластера, градиент температуры, расплав, металлы, акустика.

DOI: 10.1134/S0235010619040145

Влияние учета недиагональных d–d – электронных перекрытий на эффективное парное взаимодействие в эквиатомном расплаве Cu–Ag

Н. Э. Дубинин

АННОТАЦИЯ

В рамках модели Виллса–Харрисона изучено влияние учета недиагональных по магнитному квантовому числу d-электронных перекрытий между двумя соседними атомами на эффективное парное взаимодействие в эквиатомном расплаве Cu–Ag вблизи температуры плавления. Найдено, что увеличение доли недиагональных перекрытий приводит к увеличению глубины первого минимума и к смещению его координаты в сторону меньших значений межатомного расстояния для всех трех парциальных парных потенциалов.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

расплавы переходных металлов, модель Виллса–Харрисона, модельный псевдопотенциал Бретоннета–Силберта, d–d-электронные перекрытия, эффективное парное взаимодействие.

DOI: 10.1134/S0235010619040030

Эффективное парное взаимодействие Виллса–Харрисона в жидком Au

Н. Э. Дубинин, G. M. Bhuiyan, F. I. Abbas

АННОТАЦИЯ

Исследовано эффективное парное взаимодействие Виллса–Харрисона в жидком золоте вблизи температуры плавления. Найдено, что его зависимость от доли недиагональных по магнитному квантовому числу d-электронных перекрытий между двумя соседними атомами носит иной характер, чем в расплавах 3d-переходных металлов.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

золото, жидкий благородный металл, эффективное парное взаимодействие Виллса–Харрисона, модельный псевдопотенциал Бретоннета–Силберта, d–d-электронные перекрытия.

DOI: 10.1134/S0235010619040029

Изменения структурно-динамических характеристик металлических расплавов, стекол и нанокристаллов в зависимости от температуры и гидрирования

Н. А. Ватолин, В. А. Полухин, Н. И. Сидоров

АННОТАЦИЯ

Исследователями проведен комплексный анализ как оригинального материала, так имеющейся информации по фазово-структурным превращениям при охлаждении, стекловании и кристаллизации расплавов, с детальным отслеживанием процессов их упорядочения методами синхротронной рентгенографии, сканирующей электронной микроскопии, калориметрических DSC-измерений, и с интерпретацией данных моделированием и термодинамическими расчетами.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА расплавы, аморфные сплавы, стеклование, рентгеногафия, DSC-калориметрия, средний порядок, структурный фактор, теплоемкость, жидкофазные скрытые переходы, вязкость, диффузия, кроссовер.

DOI: 10.1134/S0235010619040121

Теории атомного переноса в жидких 3d-переходных металлах

В. Г. Постовалов, В. П. Кондратьев, Е. П. Романов

АННОТАЦИЯ

На основе модифицированной модели твердых сфер выполнен расчет коэффициентов самодиффузии и вязкости жидких 3d-переходных металлов. Показано, что эта модель неплохо воспроизводит коэффициенты атомного переноса импульса и массы в расплавах нормальных металлов (Ti, Cu, Zn), сильных парамагнетиков (Cr, Mn) и ферромагнетиков (Fe, Co, Ni). Предсказаны коэффициенты самодиффузии жидких скандия, титана, ванадия и хрома в широком температурном интервале, где они не исследованы экспериментально.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

жидкий 3d-переходный металл, коэффициент самодиффузии, вязкость.

DOI: 10.1134/S0235010619030083

Моделирование диаграммы состояния системы BeO–Al2O3

Д. Н. Камаев

АННОТАЦИЯ

Выполнено моделирование диаграммы состояния BeO–Al2O3 с использованием теорий регулярных и субрегулярных ионных растворов и полиномиальной модели Редлиха–Кистера. Расчеты с применением субрегулярной теории и модели Редлиха–Кистера удовлетворительно согласуются с имеющимися экспериментальными данными.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

диаграмма состояния, термодинамическое моделирование, оксид бериллия, оксид алюминия.

DOI: 10.1134/S0235010619030071