Оценка термодинамической возможности получения in situ композитов в системах алюминий - металл и алюминий - оксид металла при обработке трением с перемешиванием

Получена 04 ноября 2021; Принята 26 ноября 2021;
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: А.Х. Валеева, М.Ф. Имаев. Оценка термодинамической возможности получения in situ композитов в системах алюминий - металл и алюминий - оксид металла при обработке трением с перемешиванием. Письма о материалах. 2021. Т.11. №4s. С.544-547
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2021-4-544-547

Аннотация

Предполагается, что при одинаковых условиях обработки трением с перемешиванием in-situ композиты в системах Al+NiO и Al+Fe2O3 будут формироваться быстрее, чем в Al+TiO2.Проведены термодинамические расчеты возможности протекания реакций взаимодействия алюминия с порошками Ti, Ni, Fe, TiO2, NiO, Fe2O3 с образованием интерметаллидов и Al2O3 в процессе обработки трением с перемешиванием (ОТП). В качестве определяющего параметра рассмотрели энергию Гиббса, т.к. именно ее изменение в результате химических превращений позволяет установить принципиальную возможность протекания химической реакции в заданных условиях. Рассчитано изменение свободной энергии Гиббса от температуры, построены диаграммы Эллингема для реакций, наблюдаемых экспериментально при ОТП в системах Al+Ti, Al+TiO2, Al+Ni, Al+NiO, Al+Fe, Al+Fe2O3. Расчеты выполнены для 1 моля алюминия. Выбран интервал температур 620-720К (347-447оС), т.к. подавляющая часть пиковых значений температуры при ОТП алюминия и его сплавов попадает в этот температурный интервал. Показано, что все рассмотренные реакции взаимодействия алюминия, как с чистыми металлами (Ti, Ni, Fe), так и оксидами (TiO2, NiO, Fe2O3) термодинамически возможны. Однако для формирования методом ОТП in-situ композитов на основе алюминия оксиды металлов TiO2, NiO, Fe2O3 более предпочтительны, чем чистые металлы Ti, Ni и Fe, т.к. химические реакции с участием оксидов имеют более высокие абсолютные значения ΔG. В системах Al+NiO и Al+Fe2O3 в реакциях с образование интерметаллидов типа MeAl3 и Al2O3 абсолютные значения ΔG приблизительно одинаковые и вдвое превышают значение для системы Al+TiO2. Сделано предположение о предпочтительном использовании оксидов никеля и железа для формирования in-situ композитов при ОТП алюминия.

Ссылки (26)

1. P. Ravindran, K. Manisekar, P. Rathika, P. Narayanasamy. Mater. Des. 45, 561 (2013). Crossref
2. V. V. Monikandan, M. A. Joseph, P. K. Rajendrakumar. Resour.-Effic. Technol. 2, S12 (2016). Crossref
3. A. Kumar, S. Lal, S. Kumar. J. Mater. Res. Technol. 2, 250 (2013). Crossref
4. Z. Min, W. Gaohui, D. Zuoyong, J. Longtao. Mater. Sci. Eng. A. 374, 303 (2004). Crossref
5. K. Surekha, B. S. Murty, K. P. Rao. Surf. Coat. Technol. 202, 4057 (2008). Crossref
6. N. Gangil, A. N. Siddiquee, S. Maheshwari. Journal of Alloys and Compounds. 715, 91 (2017). Crossref
7. M. Raaft, T. S. Mahmoud, H. M. Zakaria, T. A. Khalifa. Mater. Sci. Eng. A. 528, 5741 (2011). Crossref
8. W. Wang, Q.-y. Shi, P. Liu, H.-k. Li, T. Li. J. Mater. Process. Technol. 209, 2099 (2009). Crossref
9. B. N. V. S. Ganesh Gupta K., D. S. Rao. Int. J. Adv. Ind. Eng. 6, 1 (2018). Crossref
10. A. Kurt, I. Uygur, E. Cete. J. Mater. Process. Technol. 211, 313 (2011). Crossref
11. A. Kh. Valeeva, A. Kh. Akhunova, D. B. Kabirova, M. F. Imayev, R. F. Fazlyakhmetov. Lett. Mater. 11 (2), 119 (2021). (in Russian) [А.Х. Валеева, А.Х. Ахунова, Д.Б. Кабирова, М.Ф. Имаев, Р.Ф. Фазлыахметов. Письма о материалах. 11 (2), 119 (2021).]. Crossref
12. C. J. Hsu, C. Y. Chang, P. W. Kao, N. J. Ho, C. P. Chang. Acta Mater. 54, 5241 (2006). Crossref
13. Q. Zhang, B. L. Xiao, D. Wang, Z. Y. Ma. Mater. Chem. Phys. 130, 1109 (2011). Crossref
14. L. Ke, C. Huang, L. Xing, K. Huang. J. Alloys Compd. 503, 494 (2010). Crossref
15. J. Qian, J. Li, J. Xiong, F. Zhang, X. Lin. Mater. Sci. Eng. A. 550, 279 (2012). Crossref
16. I. S. Lee, P. W. Kao, N. J. Ho. Intermetallics. 16, 1104 (2008). Crossref
17. C. J. Hsu, P. W. Kao, N. J. Ho. Scr. Mater. 53, 341 (2005). Crossref
18. I. S. Lee, P. W. Kao, C. P. Chang, N. J. Ho. Intermetallics. 35, 9 (2013). Crossref
19. Q. Zhang, B. L. Xiao, W. G. Wang, Z. Y. Ma. Acta Mater. 60, 7090 (2012). Crossref
20. Q. Zhang, B. L. Xiao, Q. Z. Wang, Z. Y. Ma. Metallurgical Mater. Trans. A. 45A, 2776 (2014). Crossref
21. F. A. Mehraban, F. Karimzadeh, M. H. Abbasi. JOM. 67, 998 (2015). Crossref
22. G. Azimi-Roeen, S. F. Kashani-Bozorg, M. Nosko, P. Švec. Materials Characterization. 127, 279 (2017). Crossref
23. G. Azimi-Roeen, S. F. Kashani-Bozorg, M. Nosko, et al. Met. Mater. Int. 26, 1441 (2020). Crossref
24. R. S. Mishra, Z. Y. Ma. Mater. Sci. Eng. R. 50 (1-2), 1 (2005). Crossref
25. R. Pretorius, R. de Rem, A. M. Vredenberg, F. W. Saris. Mater. Lett. 9 (12), 494 (1990). Crossref
26. R. Pretorius, A. M. Vredenberg, F. W. Saris, R. de Reus. J. Appl. Phys. 70, 3636 (1991). Crossref

Другие статьи на эту тему

Финансирование на английском языке

1. by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation according to the State Assignment of the IMSP RAS - No. AAAA-A19‑119021390106‑1