Термодинамічні властивості сплавів системи In—Tb (Er, Lu)
Методом калориметрії визначено термодинамічні властивості сплавів системи In—Tb (Er, Lu) за температур 1625, 1518 (1598) і 1653 К відповідно, в інтервалі складів 0,7 ≤ хIn ≤ 1,0. Встановлено, що мінімальне значення ентальпії змішування складає −43,0 ± 0,3 кДж/моль за умови xIn = 0,35—0,4, а активнос...
Saved in:
| Published in: | Адгезия расплавов и пайка материалов |
|---|---|
| Date: | 2019 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
2019
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167473 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Термодинамічні властивості сплавів системи In—Tb (Er, Lu) / В.С. Судавцова, А.С. Дуднік, В.Г. Кудін, Л.О. Романова, Н.В. Подопригора // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2019. — Вып. 52. — С. 86-91. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-167473 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Судавцова, В.С. Дуднік, А.С. Кудін, В.Г. Романова, Л.О. Подопригора, Н.В. 2020-03-28T19:00:37Z 2020-03-28T19:00:37Z 2019 Термодинамічні властивості сплавів системи In—Tb (Er, Lu) / В.С. Судавцова, А.С. Дуднік, В.Г. Кудін, Л.О. Романова, Н.В. Подопригора // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2019. — Вып. 52. — С. 86-91. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. 0136-1732 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167473 536.7; 541.122 Методом калориметрії визначено термодинамічні властивості сплавів системи In—Tb (Er, Lu) за температур 1625, 1518 (1598) і 1653 К відповідно, в інтервалі складів 0,7 ≤ хIn ≤ 1,0. Встановлено, що мінімальне значення ентальпії змішування складає −43,0 ± 0,3 кДж/моль за умови xIn = 0,35—0,4, а активності компонентів проявляють великі від’ємні відхилення від ідеальних розчинів. Методом калориметрии определены термодинамические свойства расплавов систем In—Tb (Er, Lu) при температурах 1625, 1518 (1598) і 1653 К во всем интервале составов. Установлено, что минимальное значение энтальпии смешения равно –43,0 ± 0,3 кДж/моль при условии xIn = 0,35—0,4. By the calorimetry method and the model of ideal associated solutions were used to determine the thermodynamic properties of melts of the In—Tb (Er, Lu) system for temperatures 1625, 1518 (1598) and 1653 K, respectively, in the range of compositions 0,7 £ xln £ 1,0. It was established that the minimum value of the enthalpy of mixing is −43,0 ± 0,3 kJ / mol under the condition xIn = 0,5, and the activities of the components show very large negative deviations from ideal solutions. uk Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України Адгезия расплавов и пайка материалов Контактное взаимодействие твердых тел на границе с твердыми и жидкими фазами Термодинамічні властивості сплавів системи In—Tb (Er, Lu) Термодинамические свойства сплавов системы In—Tb (Er, Lu) The thermodynamic properties of alloys of In— Tb (Er, Lu) system Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Термодинамічні властивості сплавів системи In—Tb (Er, Lu) |
| spellingShingle |
Термодинамічні властивості сплавів системи In—Tb (Er, Lu) Судавцова, В.С. Дуднік, А.С. Кудін, В.Г. Романова, Л.О. Подопригора, Н.В. Контактное взаимодействие твердых тел на границе с твердыми и жидкими фазами |
| title_short |
Термодинамічні властивості сплавів системи In—Tb (Er, Lu) |
| title_full |
Термодинамічні властивості сплавів системи In—Tb (Er, Lu) |
| title_fullStr |
Термодинамічні властивості сплавів системи In—Tb (Er, Lu) |
| title_full_unstemmed |
Термодинамічні властивості сплавів системи In—Tb (Er, Lu) |
| title_sort |
термодинамічні властивості сплавів системи in—tb (er, lu) |
| author |
Судавцова, В.С. Дуднік, А.С. Кудін, В.Г. Романова, Л.О. Подопригора, Н.В. |
| author_facet |
Судавцова, В.С. Дуднік, А.С. Кудін, В.Г. Романова, Л.О. Подопригора, Н.В. |
| topic |
Контактное взаимодействие твердых тел на границе с твердыми и жидкими фазами |
| topic_facet |
Контактное взаимодействие твердых тел на границе с твердыми и жидкими фазами |
| publishDate |
2019 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Адгезия расплавов и пайка материалов |
| publisher |
Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Термодинамические свойства сплавов системы In—Tb (Er, Lu) The thermodynamic properties of alloys of In— Tb (Er, Lu) system |
| description |
Методом калориметрії визначено термодинамічні властивості сплавів системи In—Tb (Er, Lu) за температур 1625, 1518 (1598) і 1653 К відповідно, в інтервалі складів 0,7 ≤ хIn ≤ 1,0. Встановлено, що мінімальне значення ентальпії змішування складає −43,0 ± 0,3 кДж/моль за умови xIn = 0,35—0,4, а активності компонентів проявляють великі від’ємні відхилення від ідеальних розчинів.
Методом калориметрии определены термодинамические свойства расплавов систем In—Tb (Er, Lu) при температурах 1625, 1518 (1598) і 1653 К во всем интервале составов. Установлено, что минимальное значение энтальпии смешения равно –43,0 ± 0,3 кДж/моль при условии xIn = 0,35—0,4.
By the calorimetry method and the model of ideal associated solutions were used to determine the thermodynamic properties of melts of the In—Tb (Er, Lu) system for temperatures 1625, 1518 (1598) and 1653 K, respectively, in the range of compositions 0,7 £ xln £ 1,0. It was established that the minimum value of the enthalpy of mixing is −43,0 ± 0,3 kJ / mol under the condition xIn = 0,5, and the activities of the components show very large negative deviations from ideal solutions.
|
| issn |
0136-1732 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167473 |
| citation_txt |
Термодинамічні властивості сплавів системи In—Tb (Er, Lu) / В.С. Судавцова, А.С. Дуднік, В.Г. Кудін, Л.О. Романова, Н.В. Подопригора // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2019. — Вып. 52. — С. 86-91. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT sudavcovavs termodinamíčnívlastivostísplavívsistemiintberlu AT dudníkas termodinamíčnívlastivostísplavívsistemiintberlu AT kudínvg termodinamíčnívlastivostísplavívsistemiintberlu AT romanovalo termodinamíčnívlastivostísplavívsistemiintberlu AT podoprigoranv termodinamíčnívlastivostísplavívsistemiintberlu AT sudavcovavs termodinamičeskiesvoistvasplavovsistemyintberlu AT dudníkas termodinamičeskiesvoistvasplavovsistemyintberlu AT kudínvg termodinamičeskiesvoistvasplavovsistemyintberlu AT romanovalo termodinamičeskiesvoistvasplavovsistemyintberlu AT podoprigoranv termodinamičeskiesvoistvasplavovsistemyintberlu AT sudavcovavs thethermodynamicpropertiesofalloysofintberlusystem AT dudníkas thethermodynamicpropertiesofalloysofintberlusystem AT kudínvg thethermodynamicpropertiesofalloysofintberlusystem AT romanovalo thethermodynamicpropertiesofalloysofintberlusystem AT podoprigoranv thethermodynamicpropertiesofalloysofintberlusystem |
| first_indexed |
2025-11-26T20:31:25Z |
| last_indexed |
2025-11-26T20:31:25Z |
| _version_ |
1850773674796253184 |
| fulltext |
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2019. Вып. 52
86
УДК 536.7; 541.122
В. С. Судавцова, А. С. Дуднік, В. Г. Кудін, Л. О. Романова,
Н. В. Подопригора*
ТЕРМОДИНАМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ СПЛАВІВ СИСТЕМИ
In—Tb (Er, Lu)
Методом калориметрії визначено термодинамічні властивості сплавів системи In—
Tb (Er, Lu) за температур 1625, 1518 (1598) і 1653 К відповідно, в інтервалі складів
0,7 ≤ хIn ≤ 1,0. Встановлено, що мінімальне значення ентальпії змішування
складає −43,0 ± 0,3 кДж/моль за умови xIn = 0,35—0,4, а активності компонентів
проявляють великі від’ємні відхилення від ідеальних розчинів.
Ключові слова: термодинамічні властивості, In, Tb, Er, Lu, фазові рівноваги.
Вступ
Індій і ряд сплавів за його участю є легкоплавкими, тому
використовуються як припої, а деякі проявляють напівпровідникові
властивості. Знання термодинамічних властивостей різних фаз, особливо
рідких, важливі для науково обґрунтованої розробки оптимальних методів
їх отримання наряду з даними про фазові рівноваги, тому що вказані
матеріали, частіше за все, одержують плавленням.
На даний час встановлено термодинамічні властивості рідких сплавів
таких подвійних систем, що містять лантаноїди (Ln): In—La (Ce, Gd, Eu,
Yb) [1—5]. Нами вперше визначено термохімічні властивості розплавів
подвійних систем In—Tb (Er, Lu) методом ізопериболічної калориметрії за
температур 1625 ± 2, 1518 ± 2 (1598 ± 2) і 1653 ± 2 К відповідно в інтервалі
складів 0,7 ≤ хIn ≤ 1,0. Діаграми стану систем In—Tb (Er, Lu) побудовані у
роботі [6]. Всі діаграми стану цих систем по кількості і типу плавлення
сполук подібні між собою. Оскільки властивості твердої і рідкої фаз
пов’язані між собою, слід очікувати подібності термохімічних
властивостей рідких і проміжних фаз розглянутих систем.
Експеримент та обговорення його результатів
Методика проведення дослідів і обробки експериментальних
результатів описана у роботі [7]. Вихідними матеріалами слугували In
чистотой 99,99% (мас.), Tb, Er, Lu (99,8% (мас.)). Калориметрична ванна
являла собою корундовий тигель, футерований оксидом ітрію. На початку
* В. С. Судавцова — доктор хімічних наук, професор, провідний науковий співробітник
Інституту проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, Київ;
А. С. Дуднік — аспірант цієї ж установи; В. Г. Кудін — кандидат фізико-математичних
наук, доцент кафедри фізики металів Київського національного університету імені
Тараса Шевченка; Л. О. Романова — кандидат хімічних наук, старший науковий
співробітник Інституту проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України,
Київ; Н. В. Подопригора — молодший науковий співробітник цієї ж установи.
В. С. Судавцова, А. С. Дуднік, В. Г. Кудін, Л. О. Романова, Н. В. Подопригора, 2019
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2019. Вып. 52
87
б
-200
-150
-100
-50
0
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1xEr
∆
Н
,
к
Д
ж
/м
о
л
ь
в
y = -164,25x3 + 343,65x2 - 176,99x - 2,411
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
x Lu
∆
Н
,
к
Д
ж
/м
о
л
ь
Рис. 1. Ентальпії змішування розплавів систем In—Tb (а), In—Er (б), In—
Lu (в) за температур 1625, 1518 (1598) і 1653 К
Fig. 1. An enthalpy of mixing of melts of the In—Tb (а), In—Er (б), In—
Lu (в) systems at temperatures 1625, 1518 (1598) і 1653 К
а
-160
-60 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
xTb
?
Н
,
к
Д
ж
/м
о
л
ь
∆
H
,
∆
H
,
∆
H
,
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2019. Вып. 52
88
досліду в тигель завантажували приблизно 2 г індію, а в барабанний
дозатор зразки, які вводили в калориметричну ванну поступово. Масу
зразків Tb, Er, Lu змінювали в межах 0,02—0,07 г. Калібрування
калориметричної установки на початку дослідів виконували індієм, а в
середині і кінці — вольфрамом, маса зразків яких складала 0,05—0,07 г.
Одержані парціальні та інтегральні ентальпії змішування розплавів
подвійних систем In—Tb (Er, Lu) наведені на рис. 1.
З використанням експериментально встановлених даних виконано їх
екстраполяцію на весь концентраційний інтервал. Видно, що мінімальні
значення інтегральних ентальпій змішування складають близько
–43,0 ± 0,3 кДж/моль і припадають на розплав з xIn = 0,35—0,4 за
температур 1625, 1518 (1598) і 1653 К.
в
Рис. 2. Залежності ∆Нmin (♦), ∆
∞
РЗМH (■), ∆V, ∆χ
розплавів систем In—РЗМ від порядкового номера РЗМ
Fig. 2. Dependences of ∆Нmin (♦), ∆
∞
РЗМH (■), ∆V, ∆χ
melts of In—REM systems on the order number of REM
In—E
0
2
4
6
8
10
12
14
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
∆∆ ∆∆
V
, с
м
3 /м
о
л
ь
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
In—E
0,5
0,52
0,54
0,56
0,58
0,6
0,62
0,64
0,66
0,68
0,7
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
∆∆ ∆∆
χχ χχ
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
In—E
а
∆H
, ∆
H
i,
к
Д
ж
/м
о
л
ь
♦ ∆Hmin
■ ∆Hp РЗМ
б
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2019. Вып. 52
89
Дослідження зі сторони Ln виконати важко через високі температури
плавлення Tb, Er, Lu. Але екстрапольовані значення ентальпій змішування
вивчених розплавів узгоджуються з аналогічними для вивчених раніше
розплавів подвійних систем In—La (Ce, Gd, Eu, Yb) [1—5]. Це не дивно,
тому що різниці мольних об’ємів компонентів систем In—Ln
характеризуються плавною монотонною залежністю (рис. 2, б) з
невеликими відхиленнями для сплавів бінарних систем In—Eu (Yb).
Щоб прослідкувати, як змінюються
∞
∆ LnH і ∆Н, ∆χ розплавів систем
In—Ln в залежності від порядкового номера Ln, склали їх графіки,
використовуючи власні і літературні дані (рис. 2, а, в). З врахуванням
одержаної залежності можна прогнозувати термохімічні властивості
розплавів ряду недосліджених систем. Якщо в подальшому вдасться
визначити термохімічні властивості розплавів цих систем, є сподівання,
що експериментальні дослідження підтвердять одержані дані.
Видно, що ці залежності практично лінійні і паралельні осі абсцис.
Спостерігаються лише невеликі відхилення від прямолінійної залежності
для розплавів систем In—Eu (Yb), що корелює із даними на рис. 2, б. Це
свідчить про визначальний внесок розмірного фактора в енергію
міжчасинкова взаємодії в сплавах систем In—Ln.
Нами також розраховано ентальпії змішування рідких сплавів
In—Er—Ni за моделлю Редліха—Кістера з використанням аналогічних
даних для обмежуючих підсистем (рис. 3). Наведені на рис. 3
Рис. 3. Ізоентальпії змішування розплавів системи In—Er—Ni за
температури 1800 К
Fig. 3. Isoenthalpy mixing of melts system In—Er—Ni at temperature
1800 К
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2019. Вып. 52
90
ізоентальпії змішування розплавів системи In—Er—Ni, розраxовані за
моделлю Редлixа—Кiстера—Муджіану, свідчать про наявність широкого і
пологого мінімуму ∆Н ≈ –46 кДж/моль і Т = 1700 К. Це зумовлено тим, що
∆Н розплавів подвійниx систем In (Ni)—Er складають
–43,2 ± 0,5 кДж/моль за умови хEr = 0,4. В обидва боки від мінімуму
значення ∆Н зростають, причому, як і слід було очікувати, майже
паралельно одна одній в напрямку від системи In—Ni до чистого ербію.
Такий вигляд поверxні ізоентальпії змішування зумовлений приблиз-
но однаковими концентраційними залежностями ∆Н розплавів бінарниx
систем In (Ni)—Er, не дивлячись на те, що In є непереxідним, а Ni —
переxідним металом. Оскільки на 4f-орбіталі Er розміщуються 11 елект-
ронів, то, ймовірніше за все, в процесі сплавоутворення даної системи
відбувається її заповнення зовнішніми електронами In або Ni.
По вигляду поверxні ∆Н потрійної системи In—Ni—Er можна
стверджувати, що найбільш суттєво змінюються інтегральні ентальпії
змішування по променевим перерізам із відношеннями хNi/хIn = const.
Причому на ниx мають спостерігатися пологі широкі мінімуми. В зв’язку з
цим нами для досліджень вибрано перерізи з хNi/хIn = 0,7/0,3 і 0,3/0,7.
На жаль, нам вдалося провести дослідження для обоx перерізів до
хEr < 0,3. Але цього виявилося достатньо, щоб встановити, що найкраще
співпадіння експериментальниx результатів зафіксовано для ентальпій
змішування, розраxованиx за моделлю Редлixа—Кiстера—Муджіану без
потрійного внеску. Це може свідчити про те, що тернарниx сполук в
розглянутій системі утворюється небагато і вони плавляться
(розкладаються) за невисокиx температур. Звичайно, це все потрібно
підтвердити дослідженнями фазовиx рівноваг в сплаваx системи
In—Er—Ni.
Зараз відомий лише ізотермічний переріз системи Се—In—Ni, згідно з
яким встановлено утворення 10 тернарниx сполук за температури 600 °С.
Хоча властивості Се і Er відрізняються між собою, але певна подібність є,
тому слід очікувати деякої кількості тернарниx фаз в сплаваx дослідженої
нами системи.
Таким чином, одержана вперше в даній роботі термодинамічна
інформація для розплавів систем In—Er і In—Er—Ni є важливою для
розуміння впливу Ni на енергію взаємодії між різноіменними атомами в
потрійниx розплаваx. Якщо використати термодинамічні властивості
розплавів систем In (Ln)—переxідний метал і одержати аналогічні дані для
In—Ln, можна прогнозувати термоxімічні властивості розплавів систем
In—Ln—переxідний метал. Це суттєво розширить уявлення про природу
взаємодії в розплаваx вказаниx систем і зменшить кількість
експериментальниx досліджень.
Висновки
Ентальпії змішування розплавів систем In—Tb (Er, Lu) є значними
екзотермічними величинами в усьому інтервалі концентрацій за
температур 1625, 1518 (1598) і 1653 К. Встановлено, що мінімальні
значення ентальпій змішування всіх вивчених систем складають
–43,0 ± 0,3 кДж/моль і припадають на розплави з xIn = 0,35—0,4 за
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2019. Вып. 52
91
температур 1625, 1518 (1598) і 1653 К. Це корелює з тим, що компоненти
систем In—Tb (Er, Lu) утворюють конгруентно та інконгруентно плавлячі
сполуки.
РЕЗЮМЕ. Методом калориметрии определены термодинамические свойства
расплавов систем In—Tb (Er, Lu) при температурах 1625, 1518 (1598) і 1653 К во
всем интервале составов. Установлено, что минимальное значение энтальпии
смешения равно –43,0 ± 0,3 кДж/моль при условии xIn = 0,35—0,4.
Ключевые слова: термодинамические свойства, In, Tb, Er, Lu, фазовые
равновесия.
1. Шевченко М. А. Термодинамические свойства сплавов двойной системы Gd—
In / [М. А. Шевченко, М. И. Иванов, В. В. Березуцкий, В. С. Судавцова] //
Журн. физ. химии. — 2016. — 90, № 1. — С. 3—12 // Russian J. Phys.
Chem. A. — 2016. — 90, No. 1. — P. 3—12, DOI: 10.1134/S0036024415120274).
2. Шевченко М. А. Термодинамические свойства сплавов двойной системы In—
Yb / [М. А. Шевченко, М. И. Иванов, В. В. Березуцкий, В. С. Судавцова] // Там
же. — 2016. — 90, № 6. — С. 649—658.
3. Шевченко М. А. Термодинамические свойства сплавов двойной системы In—
La / [М. А. Шевченко, М. И. Иванов, В. В. Березуцкий, В. С. Судавцова] // Там
же. — 2016. — 90, № 6. — С. 823—826.
4. Березуцький В. В. Термодинамічні властивості сплавів подвійної системи Eu—
In / [В. В. Березуцький, М. І. Іванов. М. О. Шевченко, В. С. Судавцова] //
Порошковая металлургия. — 2014. — № 11—12. — С. 93—103. // Powder
Metallurgy and Metal. Ceram. — March 2015. — 53, No. 11—12. —
P. 693—700.
5. Іванов М. І. Термодинамічні властивості сплавів подвійної системи
Се—Ni / [М. І. Іванов, В. В. Березуцький, М. О. Шевченко, В. С. Судавцова] //
Там же. — 2015. — 53, №. 9—10. — С.106—116.
6. Dindail A. T. SGTE data for pure elements // CALPHAD. — 1991. — 15,
No. 4. — P. 319.
7. Лебедев В. А. Термохимия сплавов редкоземельных и актиноидных
элементов: (Справ. изд.) / В. А. Лебедев, В. И. Кобер, Л. Ф. Ямщиков. —
Челябинск : Металлургия, Челяб. отд., 1989. — 336 c.
Надійшла 21.10.19
Sudavtsova V. S., Dudnik A. S,, Kudin V. G., Romanova L. O.,
Podoprygora N. V.
The thermodynamic properties of alloys of In—Tb (Er, Lu) system
By the calorimetry method and the model of ideal associated solutions were used to
determine the thermodynamic properties of melts of the In—Tb (Er, Lu) system for
temperatures 1625, 1518 (1598) and 1653 K, respectively, in the range of compositions
0,7 ≤ xln ≤ 1,0. It was established that the minimum value of the enthalpy of mixing is
−43,0 ± 0,3 kJ / mol under the condition xIn = 0,5, and the activities of the components
show very large negative deviations from ideal solutions.
Keywords: thermodynamic properties, In, Tb, Er, Lu, phase equilibria.
|