О фазовых превращениях в агломерированном флюсе солеоксидной шлаковой системы при нагреве
Электронно-оптическими и рентгенографическими методами исследовано строение и фазовый состав агломерированного сварочного флюса системы SiO₂–Al₂O₃–CaF₂–MgO.
Gespeichert in:
| Datum: | 2010 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Schriftenreihe: | Автоматическая сварка |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103005 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | О фазовых превращениях в агломерированном флюсе солеоксидной шлаковой системы при нагреве / В.Э. Сокольский, А.С. Роик, А.О. Давиденко, В.И. Галинич, И.А. Гончаров, Д.Д. Мищенко, В.С. Токарев // Автоматическая сварка. — 2010. — № 12 (692). — С. 13-19. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103005 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1030052025-02-09T13:45:02Z О фазовых превращениях в агломерированном флюсе солеоксидной шлаковой системы при нагреве About phase transformations in agglomerated flux of salt-oxide slag system in heating Сокольский, В.Э. Роик, А.С. Давиденко, А.О. Галинич, В.И. Гончаров, И.А. Мищенко, Д.Д. Токарев, В.С. Научно-технический раздел Электронно-оптическими и рентгенографическими методами исследовано строение и фазовый состав агломерированного сварочного флюса системы SiO₂–Al₂O₃–CaF₂–MgO. Electron-optical and X-ray diffraction methods were used to study the structure and phase composition of agglomerated welding flux of SiO₂–Al₂O₃–CaF₂–MgO system. Авторы выражают благодарность фирме «Токё Боёки» и лично канд. физ.-мат. наук В. А. Тинькову за проведение электронно-микроскопического исследования и помощь в интерпретации полученных данных. 2010 Article О фазовых превращениях в агломерированном флюсе солеоксидной шлаковой системы при нагреве / В.Э. Сокольский, А.С. Роик, А.О. Давиденко, В.И. Галинич, И.А. Гончаров, Д.Д. Мищенко, В.С. Токарев // Автоматическая сварка. — 2010. — № 12 (692). — С. 13-19. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103005 621.791.75.01 ru Автоматическая сварка application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Сокольский, В.Э. Роик, А.С. Давиденко, А.О. Галинич, В.И. Гончаров, И.А. Мищенко, Д.Д. Токарев, В.С. О фазовых превращениях в агломерированном флюсе солеоксидной шлаковой системы при нагреве Автоматическая сварка |
| description |
Электронно-оптическими и рентгенографическими методами исследовано строение и фазовый состав агломерированного сварочного флюса системы SiO₂–Al₂O₃–CaF₂–MgO. |
| format |
Article |
| author |
Сокольский, В.Э. Роик, А.С. Давиденко, А.О. Галинич, В.И. Гончаров, И.А. Мищенко, Д.Д. Токарев, В.С. |
| author_facet |
Сокольский, В.Э. Роик, А.С. Давиденко, А.О. Галинич, В.И. Гончаров, И.А. Мищенко, Д.Д. Токарев, В.С. |
| author_sort |
Сокольский, В.Э. |
| title |
О фазовых превращениях в агломерированном флюсе солеоксидной шлаковой системы при нагреве |
| title_short |
О фазовых превращениях в агломерированном флюсе солеоксидной шлаковой системы при нагреве |
| title_full |
О фазовых превращениях в агломерированном флюсе солеоксидной шлаковой системы при нагреве |
| title_fullStr |
О фазовых превращениях в агломерированном флюсе солеоксидной шлаковой системы при нагреве |
| title_full_unstemmed |
О фазовых превращениях в агломерированном флюсе солеоксидной шлаковой системы при нагреве |
| title_sort |
о фазовых превращениях в агломерированном флюсе солеоксидной шлаковой системы при нагреве |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103005 |
| citation_txt |
О фазовых превращениях в
агломерированном флюсе солеоксидной шлаковой системы при
нагреве / В.Э. Сокольский, А.С. Роик, А.О. Давиденко, В.И. Галинич, И.А. Гончаров, Д.Д. Мищенко, В.С. Токарев // Автоматическая сварка. — 2010. — № 12 (692). — С. 13-19. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT sokolʹskijvé ofazovyhprevraŝeniâhvaglomerirovannomflûsesoleoksidnojšlakovojsistemyprinagreve AT roikas ofazovyhprevraŝeniâhvaglomerirovannomflûsesoleoksidnojšlakovojsistemyprinagreve AT davidenkoao ofazovyhprevraŝeniâhvaglomerirovannomflûsesoleoksidnojšlakovojsistemyprinagreve AT galiničvi ofazovyhprevraŝeniâhvaglomerirovannomflûsesoleoksidnojšlakovojsistemyprinagreve AT gončarovia ofazovyhprevraŝeniâhvaglomerirovannomflûsesoleoksidnojšlakovojsistemyprinagreve AT miŝenkodd ofazovyhprevraŝeniâhvaglomerirovannomflûsesoleoksidnojšlakovojsistemyprinagreve AT tokarevvs ofazovyhprevraŝeniâhvaglomerirovannomflûsesoleoksidnojšlakovojsistemyprinagreve AT sokolʹskijvé aboutphasetransformationsinagglomeratedfluxofsaltoxideslagsysteminheating AT roikas aboutphasetransformationsinagglomeratedfluxofsaltoxideslagsysteminheating AT davidenkoao aboutphasetransformationsinagglomeratedfluxofsaltoxideslagsysteminheating AT galiničvi aboutphasetransformationsinagglomeratedfluxofsaltoxideslagsysteminheating AT gončarovia aboutphasetransformationsinagglomeratedfluxofsaltoxideslagsysteminheating AT miŝenkodd aboutphasetransformationsinagglomeratedfluxofsaltoxideslagsysteminheating AT tokarevvs aboutphasetransformationsinagglomeratedfluxofsaltoxideslagsysteminheating |
| first_indexed |
2025-11-26T09:46:23Z |
| last_indexed |
2025-11-26T09:46:23Z |
| _version_ |
1849845757145776128 |
| fulltext |
УДК 621.791.75.01
О ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЯХ
В АГЛОМЕРИРОВАННОМ ФЛЮСЕ СОЛЕОКСИДНОЙ
ШЛАКОВОЙ СИСТЕМЫ ПРИ НАГРЕВЕ
В. Э. СОКОЛЬСКИЙ, д-р хим. наук, А. С. РОИК, канд. хим. наук, А. О. ДАВИДЕНКО, инж.
(Нац. ун-т им. Тараса Шевченко, г. Киев),
В. И. ГАЛИНИЧ, И. А. ГОНЧАРОВ, Д. Д. МИЩЕНКО, кандидаты техн. наук, В. С. ТОКАРЕВ, инж.
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Электронно-оптическими и рентгенографическими методами исследовано строение и фазовый состав агломерирован-
ного сварочного флюса системы SiO2–Al2O3–CaF2–MgO.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сварка, агломерированный
сварочный флюс, электронно-оптический и рентгенографи-
ческий методы исследования, реакции взаимодействия, фа-
зовые превращения
Производство агломерированных флюсов требует
гораздо меньших энергетических затрат, чем из-
готовление плавленых флюсов. Керамические
флюсы изготовляют смешиванием в грануляторе
компонентов шихты с вяжущим веществом (жид-
кое стекло) с последующей прокалкой при тем-
пературе 600…700 °С [1, 2]. Плавленый флюс пос-
ле длительной изотермической выдержки в
расплавленном состоянии при 1500…1750 °С, что
выше температуры его плавления на 300…600 °С,
проходит закалку с помощью «мокрой грану-
ляции» (выливания струи расплава в воду). По-
этому он имеет строение, близкое к строению рас-
плава. В агломерированном флюсе в основном
сохраняется кристаллическая структура исходных
шихтовых материалов. Быстротечный процесс свар-
ки под агломерированными флюсами при наличии
различных температурных зон в сварочной ванне
не может полностью обеспечить формирование
шлака с более предпочтительными структурами
жидкостного типа [3], а описание процессов струк-
турообразования в них практически отсутствует в
научной литературе. Таким образом, комплексное
структурное исследование агломерированных флю-
сов представляет значительный научный интерес.
Условия эксперимента. Порошкообразный
образец флюса на графитовой подложке подвер-
гали электронно-оптическому исследованию на
растровом электронном микроскопе JSM-7700F c
приставкой для рентгеноспектрального химичес-
кого микроанализа. Массивный образец шлака,
который извлекали из тигля после полного плав-
ления флюса (1500 °С), исследовали отдельно со
стороны дна и поверхности. Для предотвращения
влияния зарядки электронным пучком в общем
слабопроводящем флюсе на поверхность образца
напыляли слой чистой платины толщиной 3 нм.
Рентгенографический анализ (CuKα-излучение,
дифрактометр «ДРОН-3М») проводили после гра-
нуляции и просушки флюса, а также полного
плавления со стороны дна и поверхности тигля.
Для проведения высокотемпературных рентге-
нографических исследований использовали высо-
котемпературный дифрактометр, предназначен-
ный для изучения расплавов (MoKα-излучение).
Монохроматизацию излучения осуществляли па-
рой сбалансированных дифференциальных филь-
тров Zr–Y [3]. Съемку провели при температурах
600, 800, 1000, 1200, 1350 и 1450 °С в высоко-
температурной вакуумной камере в атмосфере вы-
сокочистого гелия.
Для интерпретации данных рентгенографичес-
кого анализа использовали структурные програм-
мы Powdercell, Mercury, базы данных Match и Ret-
rive, которые свободно распространяются через
Интернет. В расчетах при исследовании шлако-
вого расплава использовали программы собствен-
ной разработки [3].
Исследования при комнатной температуре.
Расчетное соотношение основных компонентов
MgO, Al2O3, SiO2 и CaF2 приведено в табл. 1. В
грануляторе к измельченной механической смеси
основных компонентов добавлено натрийкалие-
вое жидкое стекло. После грануляции и выдержки
на воздухе проводили прокалку при 500 °С. Хи-
мический состав полученного флюса определяли
с помощью рентгенофлюоресцентного анализа.
Данные рентгенофазового анализа (рис. 1) по-
казывают, что после грануляции и прокалки в об-
разце присутствуют только исходные компоненты
— α-SiO2, тригональный Al2O3, кубические MgO
и CaF2. Продуктов взаимодействия компонентов
флюса методами рентгенофазового анализа не об-
наружено.
© В. Э. Сокольский, А. С. Роик, А. О. Давиденко, В. И. Галинич, И. А. Гончаров, Д. Д. Мищенко, В. С. Токарев, 2010
12/2010 13
В табл. 2 приведены микрофотографии и дан-
ные микроанализа дна и поверхности образца пос-
ле переплавки в молибденовом тигле. Микрофо-
тографии поверхности и дна тигля несколько раз-
личаются. Со стороны дна образовавшиеся крис-
таллические фазы более мелкодисперсные, наб-
людаются раковины, в которых скапливались га-
зовые пузыри, четко просматриваются трещины.
Эти особенности характеризуют хорошую отде-
лимость шлаковой корки от дна тигля. Образец
не является гомогенным. На поверхности заметно
меньше фтора (0,99…3,50 ат. %), в то время как
со стороны дна тигля (если не учитывать умень-
шенного количества фтора в раковинах — отра-
жение 1, спектр 2) содержание фтора превышает
7 ат. %. Наблюдаются также светлые вкрапления
типа спектра 3 в отражении 2, где значительные
концентрации фтора, хотя визуально площадь
этих частиц незначительная.
Следует также обратить внимание на то, что
приблизительное соотношение компонентов
Ca:Al:Si = 1:2:2 (табл. 2) в большинстве отраже-
ний соответствует анортиту — известковому по-
левому шпату Ca(Al2Si2O8). Содержание натрия
в этих пробах значительно меньше, чем в образцах
до переплава. Это означает, что щелочной оксид
равномерно распределяется по объему после плав-
ления, а не концентрируется на поверхности час-
тиц, как в свежеприготовленном флюсе. Со сто-
роны дна содержание фтора CF в пределах 3…16
ат. %, в то время как со стороны поверхности
CF не превышает 3,5 ат. %. Содержание фтора
не коррелирует с содержанием кальция CCa, где
CCa/CF≠1:2. Магния значительно больше со сто-
роны дна, чем со стороны поверхности (рис. 2).
Там же прослеживается зависимость CF во всех про-
бах (как со стороны подложки, так и со стороны
Т а б л и ц а 1. Состав флюса для наплавки, мас. %
Оценка MgO Al2O3 SiO2 CaF2 Na2O K2O Fe2O3
Расчетная 10,0 25,0 40,0 25,0 — — —
Факти-
ческая 8,90 22,6 42,0 22,9 1,4 0,8 1,4
Рис. 1. Рентгенограммы составляющих перетертого в поро-
шок агломерированного флюса и суммарная кривая после
усовершенствования профиля на основе элементарных ячеек
SiO2, Al2O3, MgO и CaF2 по Powdercell
Рис. 2. Зависимость содержания фтора CF от суммарного
содержания кальция и магния CCa+Mg (а), магния CMg (б)
и кальция CCa (в)
14 12/2010
дна) от CCa + Mg, CMg и CCa. На наш взгляд, такая
зависимость CCa+Mg с наибольшим из трех коэф-
фициентов корреляции свидетельствует о том, что
фтор частично перераспределяется между кальцием
и магнием, что предполагает образование оксида
кальция за счет оксида магния.
Рентгенофазовый анализ переплавленного при
1500 °С образца (рис. 3) свидетельствует о том,
Т а б л и ц а 2. Данные рентгеноспектрального (ат. %) и визуального анализа переплавленного флюса
Дно, отражение 1
Химический
элемент
Спектр
1 2 3 4
O 58,9 67,6 56,3 54,0
F 8,0 3,4 10,3 10,9
Na 0,2 0,3 0,4 0,00
Mg 9,5 0,3 12,7 8,3
Al 6,7 12,0 5,8 2,3
Si 11,0 11,1 10,1 11,4
Ca 5,7 5,8 4,4 13,1
Ti — — <0,1 —
Дно, отражение 2
Химический
элемент
Спектр
1 2 3 4
O 59,7 60,92 51,55 63,29
F 7,7 6,48 15,63 3,17
Na 0,1 0,14 0,00 0,02
Mg 6,8 5,69 4,89 0,49
Al 8,8 9,48 1,22 13,25
Si 11,1 11,47 10,08 12,74
Ca 5,7 5,81 16,64 7,04
Поверхность, отражение 1
Химический
элемент
Спектр
1 2 3
O 62,6 66,0 60,9
F 2,9 1,0 3,5
Na 0,1 0,3 0,3
Mg 1,4 0,4 0,5
Al 12,8 12,8 13,5
Si 12,7 12,6 12,6
Ca 7,5 6,8 8,8
Поверхность, отражение 2
Химический
элемент
Спектр
1 2
O 72,1 67,9
F — 1,2
Na 0,1 0,1
Mg 0,1 0,4
Al 11,7 12,5
Si 11,1 12,1
Ca 4,9 5,8
12/2010 15
что основными фазами как со стороны подложки,
так и со стороны дна тигля являются триклинная
(a = 0,8192 нм, b = 1,2869 нм, c = 1,4180 нм,
α = 93,18°, β = 115,63°, γ = 91,08°) и моноклинная
(a = 0,8235 нм, b = 0,863 нм, c = 0,4833 нм, α =
= 90,00°, β = 89,37°, γ = 90,00°) модификации
анортита. Со стороны дна в небольших количес-
твах присутствует MgF2 (рис. 3). Таким образом,
рентгенофазовый анализ подтверждает тот факт,
что при переплавке кальций и магний обмени-
ваются анионами и в анортите кальций (по край-
ней мере частично) находится в форме оксида,
а магний, частично, образует фторид.
Высокотемпературные рентгеновские ис-
следования в твердом состоянии. Чтобы прос-
ледить последовательность реакций в твердой фа-
зе перетертый в порошок керамический флюс по-
мещали в молибденовый тигель, который распо-
лагался на рабочем столе высокотемпературной
вакуумной камеры дифрактометра для исследо-
вания расплавов [3], и подвергали высокотемпе-
ратурному рентгенофазовому анализу. Как пока-
зал анализ, структурные изменения в образце про-
исходят во всем температурном интервале
(рис. 4). До 1200 °С эти изменения происходят
в твердой фазе. При низких температурах перес-
тройки идут медленно и в основном происходят
внутри фаз. Например, уже при 600 °С резко
уменьшается наиболее интенсивный пик, который
отвечает 100%-й интенсивности гексагонального
α-кварца. В то же время появляются пики, ко-
торые можно отнести к другим модификациям
кремнезема.
При более высоких температурах начинаются
межфазные взаимодействия. Надо учесть, что в
агломерированном флюсе основные компоненты
находятся в матрице из вяжущего материала (про-
дукт термообработки жидкого стекла). Поэтому
межфазное взаимодействие будет происходить в
результате диффузии атомов компонентов флюса
в матрицу, и наоборот. Согласно правилу Сена
[4] скорость диффузии больше в направлении того
тела, в котором большие межатомные расстояния.
Из всех компонентов флюса наибольшие межа-
томные расстояния (Rкатион–анион) реализуются при
изготовлении жидкого стекла из натриево-калие-
вой силикатной глыбы (расстояния RNa–O и RК–O),
в связи с чем продукты на основе жидкого стекла
насыщаются остальными компонентами флюса.
Скорость диффузии может дополнительно увели-
читься в результате образования вакансии при ис-
парении воды из жидкого стекла (испаряющаяся
группа OH– и пришедший ей на замену анион F–
имеют близкие ионные радиусы 0,118 и 0,115 нм
соответственно).
Следует указать на трудности интерпретации
дифрактограмм многокомпонентных веществ,
большинство из которых имеет низкую симмет-
рию. Например, на рис. 5 видно, что отражения
MgF2 перекрываются отражениями уширенного
анортита.
Для интерпретации полученных результатов
необходимо использовать сложную диаграмму
состояния Na2O–Al2O3–MgO–CaO–SiO2–CaF2–
MgF2, но такой оксидно-фторидной диаграммы
Рис. 3. Дифрактограммы флюса при 1500 °С со стороны дна:
а, б — усовершенствованный профиль соответственно фто-
рида магния и анортита; в — эксперимент и суммарная кри-
вая из моноклинного анортита и фторида магния (линия с
затушеванной площадью под кривой)
Рис. 4. Дифрактограммы флюса при различных температу-
рах: а — комнатная температура; б–е — соответственно 600,
800, 1000, 1200, 1350 °С
16 12/2010
в научной литературе не существует. Ближайшая
исследованная диаграмма состояния — четырех-
компонентная система CaO–MgO–Al2O3–SiO2 [4,
5], на которой поле кристаллизации анортита по-
является на сечении 15 % Al2O3 и вытесняет поля
кристаллизации волластонита (CaSiO3) и пирок-
сена (MgSiO3). При 20 % Al2O3 поле кристалли-
зации волластонита отсутствует, а пироксена
сильно сужается. На сечении 10 % MgO уже нет
полей кристаллизации алюмината кальция, но
есть поля кристаллизации периклаза (MgO), шпи-
нели (Al2MgO4), кордиерита (Mg2Al4Si5O18) [4].
Характерно, что на диаграмме состояния системы
CaO–MgO–Al2O3–SiO2 анортит образуется при
небольших содержаниях MgO (10…15 %), при
более высоких содержаниях оксида магния об-
разуются шпинели.
Рассмотрим механизм анионного перераспре-
деления между катионами кальция и магния. Уп-
рощенно проиллюстрируем химическое взаимо-
действие в смеси твердых реагентов в матрице
вяжущего материала (рис. 6). На первой стадии
компоненты после грануляции помещаются в мат-
рицу вяжущего вещества (рис. 6, а). При повы-
шении температуры значительно усиливается
диффузия на поверхности контакта фаз и в мат-
рице вяжущего материала на основе продуктов
прокалки жидкого стекла образуются поверхнос-
тные слои, насыщенные контактирующими фа-
зами (рис. 6, б). На третьей стадии процесса об-
разуются более сложные химические соединения
на основе взаимодействия пограничных слоев
вокруг компонентов внутри вяжущей матрицы
(рис. 6, в). Дальнейшее повышение температуры
и растворение компонентов может привести к
плавлению (вероятно частичному) и образованию
сначала локальных расплавленных включений.
Скорость диффузии вещества между расплавлен-
ными группировками значительно возрастет. Ме-
нее значительно увеличится диффузия между
твердыми и жидкими компонентами. Таким об-
разом, на заключительной стадии (рис. 6, г) об-
разуется однородная жидкая матрица и частично
растворенные компоненты флюса. Если силикат-
ный модуль у жидкого стекла невысокий, то рас-
творение в нем кремнезема с повышением сили-
катного модуля может значительно снизить тем-
пературу образования жидкой натриево-силикат-
ной фазы до 790 оС (самая легкоплавкая эвтектика
в системе Na2O—SiO2 имеет состав Na2O⋅2SiO2 +
+ SiO2 + жидкость Tпл = 793 °С) Очевидно, что
растворение других компонентов флюса также по-
Рис. 5. Рентгенограммы MgF2 (1) и Ca(Al2Si2O8) c уширенной
полушириной пиков после усовершенствования дифракцион-
ного профиля (2) по Powdercell, суммарная 1+2 (3) экспери-
ментальная кривая при 1200 °С (4)
Рис. 6. Структурные изменения при нагреве флюса: а–г — соответственно первый–четвертый периоды
12/2010 17
нижает температуру смеси силиката натрия. При
дальнейшем повышении температуры все компо-
ненты или плавятся, или полностью растворяются
в жидкой фазе с образованием однородной го-
могенной жидкой фазы.
При низких температурах прокалки (3 период),
вероятно, образуются сложные оксифторидные
соединения на основе продуктов разложения жид-
кого стекла и пограничного с ним слоя из нес-
кольких компонентов флюса (например,
AlCa2Mg5NaSi7O22F2). Такие соединения не могут
быть устойчивыми в широком температурном ин-
тервале, поскольку состоят из большого количес-
тва разнозарядных катионов и анионов с сущес-
твенными различиями в размерах ионных ради-
усов. Возможно, соединения такого типа имеют
не полностью сформированную кристаллическую
структуру или даже существуют в аморфном виде,
поскольку время их выдержки при высоких тем-
пературах невелико (на рентгенограммах их также
не обнаружено). Однако если они образовались,
а потом разложились при высоких температурах,
то возможный распад AlCa2Mg5NaSi7O22F2 можно
представить одним из уравнений
2AlCa2Mg5NaSi7O22F2→CaAl2Si2O8 +
+ MgF2 + 3CaMg3Si4O12 + 2NaF, (1)
2AlCa2Mg5NaSi7O22F2→CaAl2Si2O8 +
+ 2MgF2+ Ca3Mg8Si12O35 + Na2O, (2)
2AlCa2Mg5NaSi7O22F2→CaAl2Si2O8 +
+ MgF2 + 3CaO+9MgO+12SiO2 + 2NaF, (3)
2AlCa2Mg5NaSi7O22F2→CaAl2Si2O8 +
+ MgF2+ 3CaO+8MgO+12SiO2 + Na2O, (4)
исходя из которых следует ожидать образования
MgF2 и анортита. В пользу такого предположения
может свидетельствовать тот факт, что при ана-
лизе соединений типа AlCa2Mg5NaSi7O22F2 в диф-
ракционных базах данных установлено, что все
сложные оксифториды такого типа имеют прос-
транственную группу C 2/m и анионы фтора в
них выбирают своими ближайшими соседями ка-
тионы магния, а кальций окружен кислородом.
При термическом разложении такого соеди-
нения на более простые компоненты по одной
из приведенных выше формул возможно преоб-
разование оксидно-фторидных компонентов с об-
разованием MgF2, CaO и анортита. Не исключено
образование фторида магния и анортита по дру-
гим механизмам. Анортит как полевой шпат явля-
ется одним из самых распространенных минера-
лов земной коры, идентифицируется в метеорит-
ном веществе, глубинном веществе коры и, воз-
можно, в мантии, что свидетельствует о его дос-
таточной устойчивости. Поэтому образовавшиеся
зародыши анортита по одной из реакций (1)–(4)
могут наращиваться за счет других компонентов
флюса Al2O3 и SiO2, а также CaO, который об-
разовался по реакции (3), (4).
При 1200 °С образец частично плавится, час-
тично остается и кристаллическая фаза. При вза-
имодействии жидкой и твердой фаз значительно
увеличивается как поверхность взаимодействия
(104…107), так и интенсивность массопередачи в
результате диффузии на несколько порядков [4].
Таким образом, основные компоненты могут рас-
твориться в жидкой фазе, остается только крис-
таллический анортит (Tпл = 1540 °С) и MgF2
(Tпл = 1261 °С).
При 1350 °С дифракционная картина (см.
рис. 4) неустойчивая. На первой съемке на фоне
жидкой фазы присутствуют отражения MgO. Ве-
роятно, разложилось одно из более сложных со-
единений, часть которого растворилась в жидкой
фазе. На второй и третьей съемках отражения
MgO пропадают, однако на фоне жидкостной сос-
тавляющей присутствуют кристаллические пики,
идентифицировать которые не удалось.
Рис. 7. Кривая интенсивности рассеянных рентгеновских лучей от расплавленного образца (а) при 1450 оС и кривая
радиального распределения атомов (б)
18 12/2010
Рентгенографическое исследование расп-
лавленного флюса. Жидкая фаза полностью фор-
мируется при 1450 °С (рис. 7, а). Провести рен-
тгенографические исследования при более высо-
ких температурах не удалось, поскольку расплав-
ленный шлаковый расплав начинает пузыриться
при 1500 °С, что существенно искажает свобод-
ную поверхность шлакового расплава, основные
требования к которой — отсутствие неровностей
и горизонтальность. Поскольку свободная повер-
хность жидкости всегда стремится занять гори-
зонтальное положение, пузырение, подобно про-
цессу кипения, сильно искажает поверхность.
Как показали электронно-микроскопические
исследования, химический состав поверхности и
дна тигля не соответствуют друг другу. Так, со
стороны поверхности (см. табл. 2) значительно
меньше фтора, чем со стороны дна тигля, т. е.
со стороны дна меньше оксидная и больше фто-
ридная составляющая, что сделает расплавленный
флюс в месте контакта с металлом еще более кис-
лым.
В заключение следует отметить, что проведен-
ное исследование показало сложный характер вза-
имодействия в агломерированном флюсе перед
формированием расплавленной шлаковой фазы.
Основные структурные изменения при нагреве
флюса до 1200 °С происходят в результате твер-
дофазных взаимодействий в продукте, образован-
ном спеканием жидкого стекла с граничащими
с ними основными компонентами флюса. Возмож-
но образование сложных соединений типа
AlCa2Mg5NaSi7O22F2.
В области температур около 1200 °С начина-
ется формирование жидкой фазы путем плавления
спека жидкого стекла с основными компонентами
и сложных неустойчивых соединений. При этом
происходит анионное перераспределение между
катионами кальция и магния. В результате фор-
мируется анортит CaAl2Si2O8. Еще одним про-
дуктом распада сложных соединений может быть
образование MgF2 в результате того, что фтор в
них находится в ближайшем окружении магния.
При 1350 °С MgF2 является основной кристалли-
ческой фазой на фоне жидкой.
При 1450 °С наблюдается полное плавление
флюса, однако расплав не является гомогенным,
строение дна и поверхности полученной шлако-
вой корки заметно отличаются.
Авторы выражают благодарность фирме
«Токё Боёки» и лично канд. физ.-мат. наук В. А.
Тинькову за проведение электронно-микроскопи-
ческого исследования и помощь в интерпретации
полученных данных.
1. Подгаецкий В. В., Кузьменко В. Г. Сварочные шлаки. —
Киев: Наук. думка, 1988. — 252 с.
2. Подгаецкий В. В., Люборец И. И. Сварочные флюсы. —
Киев: Наук. думка, 1978. — 232 с.
3. Структурные особенности расплавов оксидных систем /
А. П. Шпак, В. Э. Сокольский, В. П. Казимиров и др. —
Киев: Академпериодика, 2003. — 138 с.
4. Физическая химия силикатов / А. А. Пащенко, А. А.
Мясников, Е. А. Мясникова и др.; под ред. А. А. Пащен-
ко. — М.: Высш. шк., 1986. — 368 с.
5. Бережной А. С. Многокомпонентные системы окислов.
— Киев: Наук. думка. — 544 с.
Electron-optical and X-ray diffraction methods were used to study the structure and phase composition of agglomerated
welding flux of SiO2–Al2O3–CaF2–MgO system.
Поступила в редакцию 18.02.2010
Кононенко В. Я. Сварка алюминия. — К., 2010. — 216 с.
В справочнике систематизирована информация о технологиях газовой
сварки, дуговой сварки алюминия покрытым электродом, в среде защитных
газов неплавящимся и плавящимся электродом, а также об оборудовании,
инструментах, приспособлениях для реализации этих технологий. Приведены
системы маркировки электродов и проволок, описано сложившееся состояние
нормативной документации в этом нарправлении.
Справочник предназначен для инженерно-технических работников, студен-
тов вузов и ПТУ сварочных, металлургических и машиностроительных
специальностей, мастеров, рабочих.
НОВАЯ КНИГА
12/2010 19
|