Термодинамічні властивості розплавів систем Al–Y (La, Eu, Yb)
Методом калориметрії визначені термохімічні властивості розплавів подвійних систем Al–Y (La, Eu, Yb). Встановлено, що інтегральні ентальпії змішування розплавів систем Al–Y (La) досягають мінімуму −41 кДж/моль при χY=0,4 та χLa=0,36, а Al–Eu (Yb) — −23 кДж/моль при χEu(Yb)=0,39. Активності компонент...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/38512 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Термодинамічні властивості розплавів систем Al–Y (La, Eu, Yb) / М.І. Іванов, В.В. Березуцький, М.О. Шевченко, В.Г. Кудін, В.С. Судавцова // Доп. НАН України. — 2011. — № 8. — С. 85-90. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-38512 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Іванов, М.І. Березуцький, В.В. Шевченко, М.О. Кудін, В.Г. Судавцова, В.С. 2012-11-11T18:25:52Z 2012-11-11T18:25:52Z 2011 Термодинамічні властивості розплавів систем Al–Y (La, Eu, Yb) / М.І. Іванов, В.В. Березуцький, М.О. Шевченко, В.Г. Кудін, В.С. Судавцова // Доп. НАН України. — 2011. — № 8. — С. 85-90. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/38512 541.122 Методом калориметрії визначені термохімічні властивості розплавів подвійних систем Al–Y (La, Eu, Yb). Встановлено, що інтегральні ентальпії змішування розплавів систем Al–Y (La) досягають мінімуму −41 кДж/моль при χY=0,4 та χLa=0,36, а Al–Eu (Yb) — −23 кДж/моль при χEu(Yb)=0,39. Активності компонентів розплавів Al–Y (Sc, La, Ce, Nd, Eu, Yb) розраховані з координат лінії ліквідус діаграм стану відповідних систем та за допомогою теорії ідеальних асоційованих розчинів (ТІАР). The thermochemical properties of alloys of the binary Al–Y (La, Eu, Yb) systems are determined using the calorimetry method. Integral mixing enthalpies of alloys of the Al–Y (La) systems are defined to reach a minimum −41 kJ/mol at χY=0.4 and χLa=0.36, and Al–Eu (Yb) ones — −23 kJ/mol at χEu(Yb)=0.39. The activities of components of the Al–Y (Sc, La, Ce, Nd, Eu, Yb) alloys were calculated using the coordinates of the liquidus lines of these systems and the theory of ideal associated solutions (TIAS). uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Матеріалознавство Термодинамічні властивості розплавів систем Al–Y (La, Eu, Yb) Thermodynamic properties of the liquid alloys of the Al–Y (La, Eu, Yb) systems Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Термодинамічні властивості розплавів систем Al–Y (La, Eu, Yb) |
| spellingShingle |
Термодинамічні властивості розплавів систем Al–Y (La, Eu, Yb) Іванов, М.І. Березуцький, В.В. Шевченко, М.О. Кудін, В.Г. Судавцова, В.С. Матеріалознавство |
| title_short |
Термодинамічні властивості розплавів систем Al–Y (La, Eu, Yb) |
| title_full |
Термодинамічні властивості розплавів систем Al–Y (La, Eu, Yb) |
| title_fullStr |
Термодинамічні властивості розплавів систем Al–Y (La, Eu, Yb) |
| title_full_unstemmed |
Термодинамічні властивості розплавів систем Al–Y (La, Eu, Yb) |
| title_sort |
термодинамічні властивості розплавів систем al–y (la, eu, yb) |
| author |
Іванов, М.І. Березуцький, В.В. Шевченко, М.О. Кудін, В.Г. Судавцова, В.С. |
| author_facet |
Іванов, М.І. Березуцький, В.В. Шевченко, М.О. Кудін, В.Г. Судавцова, В.С. |
| topic |
Матеріалознавство |
| topic_facet |
Матеріалознавство |
| publishDate |
2011 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Доповіді НАН України |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Thermodynamic properties of the liquid alloys of the Al–Y (La, Eu, Yb) systems |
| description |
Методом калориметрії визначені термохімічні властивості розплавів подвійних систем Al–Y (La, Eu, Yb). Встановлено, що інтегральні ентальпії змішування розплавів систем Al–Y (La) досягають мінімуму −41 кДж/моль при χY=0,4 та χLa=0,36, а Al–Eu (Yb) — −23 кДж/моль при χEu(Yb)=0,39. Активності компонентів розплавів Al–Y (Sc, La, Ce, Nd, Eu, Yb) розраховані з координат лінії ліквідус діаграм стану відповідних систем та за допомогою теорії ідеальних асоційованих розчинів (ТІАР).
The thermochemical properties of alloys of the binary Al–Y (La, Eu, Yb) systems are determined using the calorimetry method. Integral mixing enthalpies of alloys of the Al–Y (La) systems are defined to reach a minimum −41 kJ/mol at χY=0.4 and χLa=0.36, and Al–Eu (Yb) ones — −23 kJ/mol at χEu(Yb)=0.39. The activities of components of the Al–Y (Sc, La, Ce, Nd, Eu, Yb) alloys were calculated using the coordinates of the liquidus lines of these systems and the theory of ideal associated solutions (TIAS).
|
| issn |
1025-6415 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/38512 |
| citation_txt |
Термодинамічні властивості розплавів систем Al–Y (La, Eu, Yb) / М.І. Іванов, В.В. Березуцький, М.О. Шевченко, В.Г. Кудін, В.С. Судавцова // Доп. НАН України. — 2011. — № 8. — С. 85-90. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT ívanovmí termodinamíčnívlastivostírozplavívsistemalylaeuyb AT berezucʹkiivv termodinamíčnívlastivostírozplavívsistemalylaeuyb AT ševčenkomo termodinamíčnívlastivostírozplavívsistemalylaeuyb AT kudínvg termodinamíčnívlastivostírozplavívsistemalylaeuyb AT sudavcovavs termodinamíčnívlastivostírozplavívsistemalylaeuyb AT ívanovmí thermodynamicpropertiesoftheliquidalloysofthealylaeuybsystems AT berezucʹkiivv thermodynamicpropertiesoftheliquidalloysofthealylaeuybsystems AT ševčenkomo thermodynamicpropertiesoftheliquidalloysofthealylaeuybsystems AT kudínvg thermodynamicpropertiesoftheliquidalloysofthealylaeuybsystems AT sudavcovavs thermodynamicpropertiesoftheliquidalloysofthealylaeuybsystems |
| first_indexed |
2025-11-25T21:10:32Z |
| last_indexed |
2025-11-25T21:10:32Z |
| _version_ |
1850552435391594496 |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
8 • 2011
МАТЕРIАЛОЗНАВСТВО
УДК 541.122
© 2011
М. I. Iванов, В.В. Березуцький, М. О. Шевченко, В. Г. Кудiн,
В.С. Судавцова
Термодинамiчнi властивостi розплавiв систем Al−Y
(La, Eu, Yb)
(Представлено членом-кореспондентом НАН України В. З. Туркевичем)
Методом калориметрiї визначенi термохiмiчнi властивостi розплавiв подвiйних сис-
тем Al−Y (La, Eu, Yb). Встановлено, що iнтегральнi ентальпiї змiшування розплавiв
систем Al−Y (La) досягають мiнiмуму −41 кДж/моль при xY = 0,4 та xLa = 0,36,
а Al−Eu (Yb) — −23 кДж/моль при xEu(Yb) = 0,39. Активностi компонентiв розпла-
вiв Al−Y (Sc, La, Ce, Nd, Eu, Yb) розрахованi з координат лiнiї лiквiдус дiаграм стану
вiдповiдних систем та за допомогою теорiї iдеальних асоцiйованих розчинiв (ТIАР).
Сплави на основi алюмiнiю широко використовуються для виготовлення деталей та виро-
бiв завдяки їх низькiй густинi, високiй електро- i теплопровiдностi, стiйкостi до окиснення,
схильностi до аморфiзацiї та утворення квазiкристалiв. Всi цi якостi iстотно залежать вiд
того, якi хiмiчнi елементи i в яких кiлькостях доданi до алюмiнiю, а також вiд умов виго-
товлення сплавiв. Метою сучасного матерiалознавства є контрольований i науково обгрун-
тований синтез матерiалiв iз наперед заданими властивостями.
В зв’язку з цим у роботi дослiдженi термохiмiчнi властивостi розплавiв подвiйних систем
Al−Y (La, Eu, Yb) методом калориметрiї та прогнозованi термодинамiчнi характеристики
розплавiв недостатньо вивчених систем Al−Sc (Ln) за координатами лiквiдусу їх дiаграм
стану [1] та теорiї iдеальних асоцiйованих розчинiв (ТIАР).
Методики проведення експериментiв та обробки результатiв описанi в [2, 3]. Похибка
у визначеннi парцiальних ентальпiй змiшування компонентiв (∆H i) становила ±10%, iн-
тегральних (∆mH) — ±1%. В роботi використано такi матерiали: алюмiнiй марки АВ00,
дистилят iтрiю ИтМД-2 (99,999 %), лантан ЛАМ-1 (99,99%), європiй та iтербiй чисто-
тою 99,83%. Як еталонну речовину застосовували вольфрам класу А2 (99,96%).
Термохiмiчнi властивостi розплавiв бiнарної системи Al-Y дослiдженi методом калори-
метрiї при 1873 K [5], а Al−La — при 1920 i 1200 К у досить широкому концентрацiйному
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №8 85
Рис. 1. Парцiальнi та iнтегральнi ентальпiї змiшування розплавiв подвiйних систем Al−Y (La), визначенi
нами при 1775±5 К та лiтературнi
iнтервалi авторами [5, 6]. Парцiальнi ентальпiї змiшування iтрiю в рiдкому алюмiнiї при
нескiнченному розведеннi (∆H
∞
Y ) визначенi у кiлькох роботах також методом калориметрiї
при рiзних температурах. На рис. 1 наведенi отриманi нами i вiдомi з лiтератури iнтегральнi
й парцiальнi ентальпiї змiшування розплавiв Al−Y(La); ентальпiї утворення (∆fH) твер-
дих сполук Al2Y i Al2Y3 [7].
Видно, що, згiдно з нашими даними, ∆H
∞
Y = −168 кДж/моль, а iнтегральнi енталь-
пiї змiшування розплавiв систем Al−Y(La) мають мiнiмуми −41 кДж/моль при xY = 0,4
та xLa = 0,36, тобто вони змiщенi у бiк найбiльш тугоплавких сполук Al2Y(La). Однак,
ентальпiї утворення сполук Al2Y, Al2La i Al2Y3 iстотно меншi (−50, −49 i −40 кДж/моль,
вiдповiдно), що можна пояснити значною дисоцiацiєю цих сполук при температурi дослiду.
Ясно, що результати [4] є бiльш екзотермичними, нiж нашi. Для пояснення цих розбiжнос-
тей ми зiставили iнтегральнi ентальпiї змiшування та утворення iнтерметалiдiв i розмiрнi
фактори в системах Al-IIIb-метал (РЗМ) (рис. 2). Ясно, що ∆H розплавiв систем Al−Y (La,
Sc, Ce) i розмiрнi фактори подiбнi. Тому це пiдтверджує достовiрнiсть встановлених нами
ентальпiй змiшування розплавiв Al−Y, якi, на вiдмiну вiд [4], менш екзотермичнi. Результа-
ти для системи Al−La узгоджуються з вiдомими лiтературними даними [5, 6], визначеними
при 1200 i 1920 K.
В табл. 1 наведенi парцiальнi та iнтегральнi ентальпiї змiшування розплавiв подвiйних
систем Al−Eu (Yb), вперше отриманi нами при 1300–1573 K.
Ясно, що розплави Al−Eu (Yb) утворюються з видiленням однакової кiлькостi тепло-
ти (∆Hmin = −23 кДж/моль при xEu(Yb) = 0,39). що узгоджується з подiбнiстю будови
зовнiшнiх електронних оболонок Eu i Yb. Якщо порiвняти це значення ∆Hmin з аналогiч-
ними даними для iнших систем — Al−Y (La, Ce, Nd, Gd) [8–12], то можна побачити, що
при утвореннi розплавiв цих систем видiляється значно бiльша кiлькiсть теплоти (близько
−40 кДж/моль). Подiбна картина спостерiгається для ентальпiй утворення iнтерметалiдiв
Al2Me: для Al2 Eu(Yb) (−36 кДж/моль) вона значно менша (за абсолютною величиною),
86 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2011, №8
Рис. 2. Ентальпiї утворення iнтерметалiдiв Al2Ln (Sc, Y) (а) та розмiрний фактор у подвiйних системах
Al−Ln (Sc, Y) (б ) (� — експериментально встановленi; × — розрахованi методом Мiедеми)
нiж для Al2La(Ce, Pr, Nd, Gd, Y), що становить близько −50–60 кДж/моль (рис. 2). Це
можна пояснити специфiчною електронною будовою атомiв Eu та Yb, у яких вiдбувається
перехiд зовнiшнiх електронiв на 4f -орбiталь, що супроводжується значним збiльшенням
радiуса атома i, вiдповiдно, розмiрного фактора (рис. 3) в системах Al−Eu (Yb), а та-
кож зменшенням сили взаємодiї мiж рiзносортними атомами в цих системах. Слiд вiдзна-
чити, що аналогiчнi залежностi вiдносних температур плавлення iнтерметалiдiв Al2РЗМ
(Tвiдн = Tпл(Al2Ln)/Tпл(Ln)) вiд порядкового номера РЗМ були встановленi у [13]. Подiб-
Таблиця 1. Iнтегральнi та парцiальнi ентальпiї змiшування розплавiв Al−Eu (Yb)
Мольна частка
Eu та Yb Al−Eu Al−Yb
xEu(Yb) ∆H ∆HAl ∆HEu ∆H ∆HAl ∆HYb
0 0 0 −99,1 0 0 −110
0,1 −9,3 −0,6 −87,9 −10,5 −0,6 −99,8
0,2 −17,1 −4,3 −68,4 −19,0 −7,3 −65,8
0,3 −21,8 −13,1 −42,3 −22,2 −17,9 −32,1
0,4 −23,0 −24,5 −20,8 −22,5 −24,6 −19,3
0,5 −21,4 −33,7 −9,2 −21,2 −31,1 −11,3
0,6 −18,3 −39,7 −4,1 −18,6 −37,8 −5,8
0,7 −14,4 −43,9 −1,8 −14,9 −43,9 −2,5
0,8 −10,0 −47,2 −0,7 −10,4 −48,7 −0,8
0,9 −5,1 −50,1 −0,2 −5,4 −52,2 −0,2
1 0 −53,0 0 0 −55 0
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №8 87
Рис. 3. Активностi компонентiв у розплавах систем Al−Sc (La, Ce, Nd), розрахованi при 1800 К, та лiтера-
турнi [8, 15]
нi залежностi ми можемо прогнозувати i для ентальпiй змiшування рiдких сплавiв Al−Ln
(Sc, Y).
Активностi компонентiв в системi Al−Y в розплавах на основi алюмiнiю визначенi ме-
тодом ЕРС, тиску насиченої пари в iнтервалi температур 1220–1470 К i розподiлу iтрiю
мiж Al i Bi при 972 К. Таким чином, активностi компонентiв у розплавах системи Al−Y
потрiбно додатково встановлювати при вищих температурах.
Експериментальне дослiдження термодинамiчних властивостей рiдких сплавiв є дуже
складним завданням, тому зараз широко розвиваються розрахунковi методи для їхнього
визначення. Завдяки тому, що термодинамiчнi властивостi сплавiв i дiаграми стану систем
тiсно пов’язанi мiж собою, для оцiнки активностей компонентiв в розплавах доцiльно ви-
користовувати координати лiнiї лiквiдус, якi для бiльшостi подвiйних i деяких потрiйних
систем надiйно визначенi.
Для прогнозування активностей компонентiв i енергiй Гiббса змiшування в розплавах
бiнарних систем Al−Sc (La, Ce, Nd) ми використали розроблений нами метод розрахунку
iз координат лiнiї лiквiдус дiаграми стану [14]. Слiд вiдзначити, що активностi компонентiв
розплавiв системи Al−La визначенi методом ефузiї [8, 15], а для розплавiв систем Al−Sc
(Ce, Nd) вони не вивчалися взагалi. Тому доцiльно було розрахувати активностi компонен-
тiв в розплавах цих досить перспективних у практичному вiдношеннi систем. На рис. 3
наведенi розрахованi нами з дiаграм стану активностi компонентiв розплавiв систем Al−Sc
(La, Ce, Nd).
Видно, що активностi компонентiв в розплавах усiх цих систем мають подiбнi концентра-
цiйнi залежностi, однак у системi Al−Sc вони проявляють трохи бiльшi вiд’ємнi вiдхилення
вiд iдеальностi, а у Al–Ce (Nd) — дещо меншi. Спiльною рисою розплавiв Al-лантаноїд
є значна асиметричнiсть активностей компонентiв внаслiдок утворення стiйких асоцiатiв
Al2 La (Ce, Nd). Ясно, що розрахованi активностi компонентiв в розплавах Al−La краще
корелюють iз даними [8] з урахуванням рiзницi температур. З нашої точки зору, результати
дослiджень [15] варто вважати менш достовiрними.
88 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2011, №8
Рис. 4. Активностi асоцiатiв i чистих компонентiв у розплавах систем Al−Y (La) (а) при 1800 К та Al−Eu
(Yb) (б ) при 1470–1573 K
Ми також розрахували термодинамiчнi властивостi систем Al−Y (La, Eu, Yb) за тео-
рiєю iдеальних асоцiйованих розчинiв (ТIАР). Змодельованi активностi асоцiатiв та чистих
компонентiв систем Al−Y (La) при 1800 К наведенi на рис. 4.
Видно, що активностi компонентiв у розплавах Al−Y (La) узгоджуються з розра-
хованими нами ранiше iншим методом (рис. 3). Отриманi значення мольних iнтеграль-
них та парцiальних ентальпiй i енергiй Гiббса дозволяють обчислити ентропiї змiшува-
ння розплавiв Al−Y. Виявилося, що iнтегральна надлишкова ентропiя досягає мiнiмуму
−12,1 Дж/(моль ·К) при xY= 0,45. Це непогано узгоджується з лiтературними даними [15],
за якими ∆Sнадл
min = −10,5 Дж/(моль· К) при xLa = 0,47 (отриманi шляхом оптимiзацiї
термодинамiчних властивостей цiєї системи).
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №8 89
Одержанi нами термодинамiчнi властивостi сплавiв подвiйних систем вiдкривають ши-
рокi можливостi для прогнозування аналогiчних властивостей потрiйних систем, якi мають
велике практичне значення. Цi параметри також поповнять термодинамiчнi банки даних.
1. Massalski B. Binary Alloy Phase Diagrams // Metals Park, Ohio: American Society for Metals. – 1986. –
2224 p.
2. Судавцова В.С., Кудин В.Г. Термодинамические свойства двойных сплавов Si−Ge(Sn) // Неорган.
материалы. – 2001. – 37. – № 4. – С. 396–398.
3. Березуцкий В.В., Иванов М.И. Энтальпии смешения в расплавах самария с переходными металла-
ми // Порошк. металлургия. – 2009. – № 7/8. – С. 111–119.
4. Рысс Г.М., Есин Ю.О., Строганов А.И., Гельд П.В. Энтальпии образования жидких сплавов иттрия
с алюминием // Журн. физ. химии. – 1976. – 50, № 4. – С. 985–986.
5. Есин Ю.О., Колесников С.П., Баев В.М. и др. Энтальпии образования жидких бинарных сплавов
алюминия и олова с лантаном // Там же. – 1981. – 55, № 6. – С. 1587–1588.
6. Sommer F., Keita M., Krull H.G., Predel B. Thermodynamic investigations of Al−La alloys // J. Less
Common Metals. – 1988. – 137. – P. 267–275.
7. Colinet C. The thermodynamic properties of rare earth metallic systems // J. Alloys Comp. – 1995. –
225. – P. 409–422.
8. Зайцев А.И., Зайцева Н. Е., Мальцев В. В. и др. Термодинамика и аморфизация расплавов Al–La //
Докл. АН. – 2003. – 393, № 3. – С. 1–4.
9. Есин Ю.О., Рысс Г.М., Гельд П.В. Энтальпии образования жидких сплавов церия с алюминием //
Журн. физ. химии. – 1979. – 53, № 9. – С. 2380–2381.
10. Kang Y.-B., Pelton A.D., Chartrand P., Fuerst C.D. Critical evaluation and thermodynamic optimization
of the Al–Ce, Al–Y, Al–Sc and Mg–Sc binary systems // Calphad. – 2008. – 32, iss. 2. – P. 413–422.
11. Cacciamani G., Ferro R. Thermodynamic Modeling of Some Aluminum-Rare Earth Binary Systems: Al–La,
Al–Ce, Al–Nd // Calphad. – 2001. – 25, No 4. – P. 583–597.
12. Бєлобородова О.А., Головата Н.В., Зiневич Т.М., Котова Н.В. Ентальпiї змiшування рiдких сплавiв
системи Gd–Al // Вiсн. Київ. нац. ун-ту iм. Т. Шевченка. – 2001. – Вип. 37. – С. 55–58.
13. Физика и химия редкоземельных элементов / Справ. Изд. Под ред. К. Гшнайднера и Л. Айринга. –
Москва: Металлургия, 1982. – 336 с.
14. Судавцова В.С., Макара В.А., Кудiн В. Г. Термодинамiка металургiйних i зварювальних розплавiв.
Ч. 3. – Київ: Логос, 2005. – 216 с.
15. Кононенко В.И., Шевченко В. Г., Сухман А.А. Термодинамика взаимодействия алюминия с ланта-
ном в жидкой фазе // Изв. АН СССР. Металлы. – 1978. – № 1. – С. 67–68.
Надiйшло до редакцiї 15.02.2011Iнститут проблем матерiалознавства
iм. I.М. Францевича НАН України, Київ
Київський нацiональний унiверситет
iм. Тараса Шевченка
M. I. Ivanov, V. V. Berezutsky, M. O. Shevchenko, V.G. Kudin,
V. S. Sudavtsova
Thermodynamic properties of the liquid alloys of the Al−Y (La, Eu,
Yb) systems
The thermochemical properties of alloys of the binary Al−Y (La, Eu, Yb) systems are determined
using the calorimetry method. Integral mixing enthalpies of alloys of the Al−Y (La) systems are
defined to reach a minimum −41 kJ/mol at xY = 0.4 and xLa = 0.36, and Al−Eu (Yb) ones —
−23 kJ/mol at xEu(Yb) = 0.39. The activities of components of the Al−Y (Sc,La,Ce,Nd,Eu,Yb)
alloys were calculated using the coordinates of the liquidus lines of these systems and the theory
of ideal associated solutions (TIAS).
90 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2011, №8
|