Термодинамічні властивості сплавів системи Al—Er
Методом калориметрії і за моделлю ідеальних асоційованих розчинів визначено термодинамічні властивості розплавів системи Al—Er за температур 1640 і 1870 К в інтервалі складів 0 ≤ хAl ≤ 1,0. Встановлено, що мінімальне значення ентальпії змішування складає −47,8 ± 0,4 кДж/моль за умови xAl = 0,66, а а...
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/123456789/167475 |
| 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 Al—Er / В.С. Судавцова, Л.О. Романова, В.Г. Кудін, В.А. Макара // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2019. — Вып. 52. — С. 99-106. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860236971923734528 |
|---|---|
| author | Судавцова, В.С. Романова, Л.О. Кудін, В.Г. Макара, В.А. |
| author_facet | Судавцова, В.С. Романова, Л.О. Кудін, В.Г. Макара, В.А. |
| citation_txt | Термодинамічні властивості сплавів системи Al—Er / В.С. Судавцова, Л.О. Романова, В.Г. Кудін, В.А. Макара // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2019. — Вып. 52. — С. 99-106. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Адгезия расплавов и пайка материалов |
| description | Методом калориметрії і за моделлю ідеальних асоційованих розчинів визначено термодинамічні властивості розплавів системи Al—Er за температур 1640 і 1870 К в інтервалі складів 0 ≤ хAl ≤ 1,0. Встановлено, що мінімальне значення ентальпії змішування складає −47,8 ± 0,4 кДж/моль за умови xAl = 0,66, а активності компонентів проявляють великі від’ємні відхилення від ідеальних розчинів.
Методом калориметрии и по модели идеальных ассоциированных растворов определены термодинамические свойства расплавов системы Al—Er при температурах 1640 и 1870 К в интервале составов 0 ≤ хAl ≤ 1,0. Установлено, что минимальное значение энтальпии смешения равно −47,8 ± 0,4 кДж/моль при условии xAl = 0,66, а активности компонентов проявляют большие отрицательные отклонения от идеальных растворов.
The method calorimetry and the model of ideal associated solutions were used to determine the thermodynamic properties of melts of the Al—Er system for temperatures of 1640 and 1870 K in the range of compositions 0 ≤ xAl ≤ 1,0. It was established that the minimum value of the enthalpy of mixing is −47,8 ± 0,4 kJ / mol under the condition xAl = 0,66, and the activities of the components show very large negative deviations from ideal solutions.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:25:51Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2019. Вып. 52
99
УДК 536.7; 541.122
В. С. Судавцова, Л. О. Романова, В. Г. Кудін, В. А. Макара*
ТЕРМОДИНАМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ СПЛАВІВ СИСТЕМИ Al—Er
Методом калориметрії і за моделлю ідеальних асоційованих розчинів визначено
термодинамічні властивості розплавів системи Al—Er за температур 1640 і 1870 К в
інтервалі складів 0 ≤ хAl ≤ 1,0. Встановлено, що мінімальне значення ентальпії змішування
складає −47,8 ± 0,4 кДж/моль за умови xAl = 0,66, а активності компонентів проявляють
великі від’ємні відхилення від ідеальних розчинів.
Ключові слова: термодинамічні властивості, Al, Er, фазові рівноваги.
Вступ
Подвійні і потрійні сплави Al з 3d- і 4f-металами схильні до аморфізації,
вони знижують вміст розчинених в рідкій сталі оксигену, сульфуру і
фосфору, а також покращують корозійну стійкість матеріалів. Тому для
розробки умов технологічних процесів їх одержання доцільно знати як
діаграму стану, так і термодинамічні властивості сплавів системи Al—Er.
Діаграму стану системи Al—Er побудовано методами фізико-
хімічного аналізу [1], розраховано [2, 3] і критично проаналізовано [4].
Найбільш тугоплавкою сполукою є ErAl2, яка плавиться конгруентно за
Т = 1445 °С.
Термодинамічні властивості проміжної фази ErAl2 визначено [5]. Що
стосується розплавів цієї системи, то термодинамічних даних для них
дуже мало. Так, методом розподілу ербію між двома фазами, що не
змішуються (Al і Bi), в інтервалі температур 975—1075 К встановлено, що
надл.
ErG∆ = –132,6 + 19,1 · 10–3 кДж/моль. Методом калориметрії розчинення
за температури 966 К визначено першу парціальну мольну ентальпію
ербію (–151,9 кДж/моль) [6]. Крім вказаних експериментальних даних, є
розраховані методом Chalphad [2], за модифікованою квазіхімічною
моделлю (MQM) [3] і за рівнянням Мієдеми [7].
Діаграма стану системи Al—Er (рис. 1), розрахована за моделлю MQM
[3], виявилася такою, що добре узгоджується з результатами [1, 4]. В даній
роботі досліджено ентальпії змішування розплавів цієї системи в усьому
інтервалі концентрацій за температур 1640 і 1870 К методом калориметрії.
Одержані дані наведено на рис. 2. Видно, що мінімальне значення
інтегральної ентальпії змішування складає −47,8 кДж/моль за умови
хНо = 0,66. Співставлення одержаних нами даних з вказаними
* В. С. Судавцова — доктор хімічних наук, професор, провідний науковий співробітник
Інституту проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, Київ;
Л. О. Романова — кандидат хімічних наук, старший науковий співробітни цієї ж
установи; В. Г. Кудін — кандидат фізико-математичних наук, доцент кафедри фізики
металів Київського національного університету імені Тараса Шевченка;
В. А. Макара — доктор фізико-математичних наук, профессор цієї ж установи.
В. С. Судавцова, Л. О. Романова, В. Г. Кудін, В. А. Макара, 2019
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2019. Вып. 52
100
Рис. 1. Діаграма стану системи Al—Er (точки експериментальні
[1, 3], лінії розрахункові [3]
Fig. 1. The diagram state of Al—Er system (symbol experiment [1, 3],
line calculate [3]
Рис. 2. Ентальпії змішування розплавів системи
Al—Er за нашими даними за температур 1600 (□)
та 1700 К (■)
Fig. 2. An enthalpy of mixing of melts of the Al—Er
system according to our 1600 (□) and 1700 К (■)
-250
-200
-150
-100
-50
0
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 ErAl
∆H
, к
Д
ж
/м
ол
ь
Т, К
ХEr
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2019. Вып. 52
101
літературними [2, 3] показало, що є якісне узгодження лише для
інтегральної ентальпії змішування ∆Н.
Натепер виконано термодинамічний опис та оптимізовано діаграму
стану системи Al—Er методом Chalphad в роботі [3]. Зараз відомі
ентальпії утворення сполук системи Al—Er за температури 298 К,
визначені методом калориметрії [5, 6], а також розраховані із перших
принципів і методом Chalphad в роботах [3, 7]. Їх наведено на рис. 3.
Видно, що вони теж узгоджуються між собою.
З використанням власних і літературних даних для розплавів та
інтерметалідів даної системи нами розраховано всі термодинамічні
властивості цих розплавів і сполук за моделлю IAP. На рис. 4 наведено
ентальпії і ентропії утворення станідів олова. Видно, що розраховані і
експериментальні дані добре узгоджуються між собою. Це свідчить про
достовірність одержаних в даній роботі ентальпій змішування розплавів
системи Al—Er. За моделлю ІАР з використанням чотирьох асоціатів
розраховано також активності компонентів і мольні частки останніх в
розплавах даної системи (рис. 5). Активності компонентів в розплавах
системи Al—Er проявляють великі від’ємні відхилення від ідеальних
розчинів. Це добре корелює з визначеними нами термохімічними
властивостями цих розплавів. Видно, що в розплавах системи Al—Er
переважає асоціат ErAl2.
Рис. 3. Ентальпії утворення сполук системи Al—Er за
температури 298 К, згідно з даними [5—7] (∗,○,●) і [3] (лінії)
Fig. 3. Enthalpy of formation of compounds of the Al—Er system by
temperature 298 K according to [5—7] (∗,○,●)signs) and [3] (lines)
∆ f
H
, к
Д
ж
/м
ол
ь⋅
ат
ом
ХEr
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2019. Вып. 52
102
а б
Рис. 4. Ентальпії (а) і ентропії (б) утворення сполук і асоціатів системи
Al—Er за температури 298 К, розраховані нами за моделлю ІАР (◊, ■) і
[3] (■)
Fig. 4. Enthalpy (а) and entropy (б) of the formation of compounds and
associatives of the Al—Er system by temperature 298 K calculated
on the model of IAS (◊, ■) and [3] (■)
ai xi
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1ErAl
Al
Er
Al3Er
Al2Er
AlEr
AlEr2
Jin2011
Рис. 5. Розраховані нами активності Al і Er
в розплавах системи Al—Er за моделлю
ІАР за температури 1700 К
Fig. 5. Calculated the activity of Al and Er in
the Al—Er melt based on the IAS model by
temperature 1700 K
∆
fH
, к
Д
ж
/м
о
л
ь
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
0 0,5 1ErAl
liq
sol
Jin2011,
assessment
∆
fS
, Д
ж
/м
о
л
ь
/K
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
0 0,5 1ErAl
liq
sol
Jin2011, assessment
∆ f
H
, к
Д
ж
/м
ол
ь
∆ f
S,
Д
ж
/м
ол
ь⋅
K
ai, xi
Al3Er
Al2Er
AlEr2
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2019. Вып. 52
103
З використанням рівняння Мієдеми у роботі [8] розраховано ентальпії
утворення, надлишкові ентропії і енергії Гіббса, а також активності
компонентів сплавів системи Al—Er , які наведені на рис. 6.
Співставлення даних, одержаних нами і авторами роботи [9], показало,
що мінімальне значення ентальпії змішування співпадає з одержаним
нами, але припадає на еквіатомний склад. Але, як вже згадувалось,
компоненти даної системи утворюють найбільш тугоплавку сполуку ErAl2.
Тому мінімум повинен припадати на склад, який відповідає цій сполуці.
Крім того, активності компонентів теж є симетричними і проявляють
дуже великі від’ємні відхилення від закону Рауля. Це не узгоджується із
розрахованими нами величинами, що вказує на обмежені можливості
формули Мієдеми. Ентропія по значеннях узгоджується з нашими
результатами, але її мінімум теж припадає на еквіатомний склад.
Підтвердженням викладеного є те, що для розплавів системи Er—Si
авторами роботи [8] отримано аналогічні дані, які повинні бути більш
екзотермічними з урахуванням відомих закономірностей для розплавів
подібних систем.
Рис. 6. Ентальпії (а), надлишкові ентропії (б) і енергії Гіббса утворен-
ня (в), а також активності компонентів розплавів (г) системи Al—Er
згідно з [9]
Fig. 6. Enthalpies (а), excess entropies (б) and Gibbs energies of formation
(в), and activity of Al—Er (г) melt components [9]
ХAl ХAl
ХAl ХAl
∆G
E
,
∆H
,
∆S
E
,
а а б а
в а
г
а
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2019. Вып. 52
104
Рис. 7. Обчислені в роботі [10] ентальпії змішування рідкоземельного
елемента Er, що реагує з Al (●), Mg (∗), Mn (▲) і Zr (▼)
Fig.7 Calculated enthalpy of rare earth element Er reacting with Al (●), Mg (∗),
Mn (▲) and Zr (▼)
Обчислені в роботі [10] ентальпії змішування рідкоземельного
елемента Er, який реагує з Al, теж виявилися симетричними, що вказує на
обмежені можливості формули Мієдеми (рис. 7).
Крім вказаних експериментальних термодинамічних даних, є
розраховані методом Chalphad [2], за модифікованою квазіхімічною
моделлю (MQM) [3] і за рівнянням Мієдеми [7]. На рис. 8 наведено
ентальпії і ентропії змішування, оцінені в роботах [2, 3]. Видно, що
результати цих робіт узгоджуються лише якісно.
Рис. 8, а
ХEr
∆
H
,
∆H
,
ХEr
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2019. Вып. 52
105
б
Рис. 8. Розраховані ентальпії (а) і ентропії (б) змішування рідких
сплавів системи Al—Er за температури 1873 К за моделлю MQM
(удосконалена квазіхімічна модель) [3]
Fig. 8. The enthalpies (а) and entropies (б) of mixing of Al—Er alloys at
1873 K were calculated using the MQM model (advanced quasi—chemical
model) [3]
Порівняння визначених нами термохімічних властивостей розплавів
системи AlEr показало, що одержані нами дані є більш екзотермічні, ніж
розраховані [2, 3] і визначені за температури 966 К [6]. Але наші
результати корелюють із термохімічними властивостями розплавів систем
AlSm [9], AlGd [6], тому їх можна вважати достовірними.
Висновки
Ентальпії змішування розплавів системи Al—Er є значними
екзотермічними величинами в усьому інтервалі концентрацій.
Встановлено, що мінімальне значення ентальпії змішування складає
−47,8 ± 0,4 кДж/моль за умови xAl = 0,66. За моделлю ІАР розраховано
активності компонентів, ентальпії, енергії Гіббса та ентропії утворення
сплавів у рідкому стані та інтерметалідів цієї системи. Показано, що
активності компонентів в досліджених розплавах проявляють великі
від’ємні відхилення від ідеальних розчинів. Це корелює з тим, що Al i Er
утворюють п’ять конгруентно- та інконгруентно плавлячих сполук.
РЕЗЮМЕ. Методом калориметрии и по модели идеальных ассоциированных
растворов определены термодинамические свойства расплавов системы Al—Er
при температурах 1640 и 1870 К в интервале составов 0 ≤ хAl ≤ 1,0. Установлено,
что минимальное значение энтальпии смешения равно −47,8 ± 0,4 кДж/моль при
условии xAl = 0,66, а активности компонентов проявляют большие отрицательные
отклонения от идеальных растворов.
Ключевые слова: термодинамические свойства, Al, Er, фазовые равновесия.
∆S
,
ХEr
∆S
, Д
ж
/м
ол
ь⋅
К
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2019. Вып. 52
106
1. Buschow K. H. J. The system erbium—aluminum and a comparison with
the system yttrium—aluminum / K. H. J. Buschow, J. H. N. van Vucht //
Z. Metallkd. — 1965. — 56 (1). — P. 9—13.
2. Cacciamani G. The Al—Er—Mg ternary system. Part II: Thermodynamic
modeling /[G. Cacciamani, A. Saccone, S. De Negri, R. Ferro] //J. Phase
Equilibria. — 2002. — 23. — P. 38—50.
3. Liling Jin. Thermodynamic evaluation and optimization of Al—Gd, Al—
Tb, Al—Dy, Al—Ho and Al—Er systems using a modified quasichemical
model for the liquid / [Jin Liling, Youn-Bae Kanga, Patrice Chartrand,
D. Carlton Fuerst] // Calphad: Computer Coupling of Phase Diagrams and
Thermochemistry. — 2010. — 34. — P. 456—466.
4. Okamoto H. The Al—Er (aluminum—erbium) system // J. Phase
Equilibria. — 2003. — 24. — P. 277—282.
5. Sommer F. Determination of the enthalpies of formation of intermetallic
compounds of aluminum with cerium, erbium and gadolinium / F. Sommer,
M. Keita // J. Less-Common. Metals. — 1987. — 136. — P. 95—99.
6. Лебедев В. А. Термохимия сплавов редкоземельных и актиноидных
элементов: (Справ.) / В. А. Лебедев, В. И. Кобер, Л. Ф. Ямщиков. —
Челябинск : Металлургия, Челяб. отд., 1989. — 336 с.
7. Colinet C. Molar enthalpies of formation of LnAl2 compounds / C. Colinet,
A. Pasturel, K. H. J. Buschow // J. Chem. Thermodynamics. — 1985. —
17. — P. 1133—1139.
8. Gao M. C. Thermodynamic modeling of aluminum—magnesium—rare
earth systems / M. C. Gao, A. D. Rollett, M. Widom // Phys. Rev. B:
Condensed Matter and Materials Physics. — 2007. — 75. — P. 174116—
174120.
9. Shun-ping Sun. Thermodynamic properties of binary alloys of Al—Er and
Si—Er / [Sun Shun-ping, Yi Dan-qing, Ying, Wu Chun-ping] //
The Chinese J. Nonferrous Metals. — 2009 — 19, No. 9. — P. 1580—
1586.
10. Shuang-ping Lin. Thermodynamic calculation of Er—X and Al—Er—X
compounds existing in Al—Mg—Mn—Zr—Er alloy / [Lin Shuang-ping,
Nie Zuo-ren, Huang Hui, Zhan Chun-yao, Xing Ze-bing, Wang Wei] //
Trans. Nonferrous Met. Soc. China. — 2010 . — 20. — P. 682—687.
Надійшла 30.10.19
Sudavtsova V. S., Romanova L. O., Kudin V. G., Makara V. A.
The thermodynamic properties of alloys of Al—Er system
The method calorimetry and the model of ideal associated solutions were used
to determine the thermodynamic properties of melts of the Al—Er system for
temperatures of 1640 and 1870 K in the range of compositions 0 ≤ xAl ≤ 1,0.
It was established that the minimum value of the enthalpy of mixing is
−47,8 ± 0,4 kJ / mol under the condition xAl = 0,66, and the activities of the
components show very large negative deviations from ideal solutions.
Keywords: thermodynamic properties, Al, Er, phase equilibria.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-167475 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0136-1732 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:25:51Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Судавцова, В.С. Романова, Л.О. Кудін, В.Г. Макара, В.А. 2020-03-28T19:06:44Z 2020-03-28T19:06:44Z 2019 Термодинамічні властивості сплавів системи Al—Er / В.С. Судавцова, Л.О. Романова, В.Г. Кудін, В.А. Макара // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2019. — Вып. 52. — С. 99-106. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. 0136-1732 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167475 536.7; 541.122 Методом калориметрії і за моделлю ідеальних асоційованих розчинів визначено термодинамічні властивості розплавів системи Al—Er за температур 1640 і 1870 К в інтервалі складів 0 ≤ хAl ≤ 1,0. Встановлено, що мінімальне значення ентальпії змішування складає −47,8 ± 0,4 кДж/моль за умови xAl = 0,66, а активності компонентів проявляють великі від’ємні відхилення від ідеальних розчинів. Методом калориметрии и по модели идеальных ассоциированных растворов определены термодинамические свойства расплавов системы Al—Er при температурах 1640 и 1870 К в интервале составов 0 ≤ хAl ≤ 1,0. Установлено, что минимальное значение энтальпии смешения равно −47,8 ± 0,4 кДж/моль при условии xAl = 0,66, а активности компонентов проявляют большие отрицательные отклонения от идеальных растворов. The method calorimetry and the model of ideal associated solutions were used to determine the thermodynamic properties of melts of the Al—Er system for temperatures of 1640 and 1870 K in the range of compositions 0 ≤ xAl ≤ 1,0. It was established that the minimum value of the enthalpy of mixing is −47,8 ± 0,4 kJ / mol under the condition xAl = 0,66, 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 Al—Er Термодинамические свойства сплавов системы Al—Er The thermodynamic properties of alloys of Al—Er system Article published earlier |
| spellingShingle | Термодинамічні властивості сплавів системи Al—Er Судавцова, В.С. Романова, Л.О. Кудін, В.Г. Макара, В.А. Контактное взаимодействие твердых тел на границе с твердыми и жидкими фазами |
| title | Термодинамічні властивості сплавів системи Al—Er |
| title_alt | Термодинамические свойства сплавов системы Al—Er The thermodynamic properties of alloys of Al—Er system |
| title_full | Термодинамічні властивості сплавів системи Al—Er |
| title_fullStr | Термодинамічні властивості сплавів системи Al—Er |
| title_full_unstemmed | Термодинамічні властивості сплавів системи Al—Er |
| title_short | Термодинамічні властивості сплавів системи Al—Er |
| title_sort | термодинамічні властивості сплавів системи al—er |
| 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 |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167475 |
| work_keys_str_mv | AT sudavcovavs termodinamíčnívlastivostísplavívsistemialer AT romanovalo termodinamíčnívlastivostísplavívsistemialer AT kudínvg termodinamíčnívlastivostísplavívsistemialer AT makarava termodinamíčnívlastivostísplavívsistemialer AT sudavcovavs termodinamičeskiesvoistvasplavovsistemyaler AT romanovalo termodinamičeskiesvoistvasplavovsistemyaler AT kudínvg termodinamičeskiesvoistvasplavovsistemyaler AT makarava termodinamičeskiesvoistvasplavovsistemyaler AT sudavcovavs thethermodynamicpropertiesofalloysofalersystem AT romanovalo thethermodynamicpropertiesofalloysofalersystem AT kudínvg thethermodynamicpropertiesofalloysofalersystem AT makarava thethermodynamicpropertiesofalloysofalersystem |