Аналіз розчинення азоту в рідких і тугоплавких металах при температурах до 3125К (стр. 4 из 4)

(10)

де

коефіцієнт швидкості хімічної реакції на поверхні рідкого металу; - константа Сівертса; і - площа й об'єм рідкого металу; і – рівноважна і поточна концентрації азоту в рідкому металі.

Тоді, після інтегрування, рішення рівняння (10) буде мати вид:

(11)

На підставі отриманих залежностей були визначені константи швидкості хіміко-абсорбційногопроцесу

для різних парціальних тисків і температур, що приведені втаблиці 3. Із приведених у таблиці 3. даних походить, що зі збільшенням хімічної активності досліджуваних металів до азоту зменшується коефіцієнт масопередачі. У ряді металів Nb → V → Ti → Zr найбільш різке зменшення величини спостерігається при переході від ніобію до ванадію і титану – на два порядки, а найповільний процес розчинення азоту – у рідкому цирконії. При цьому величина залежить також і від температури розплаву. Збільшення температури приводить до зменшення сил хімічного зв'язку і, як наслідок, до збільшення . Отримані результати дозволяють нам висловити наступні припущення. Таблиця 3

Значення

для різних металів

Метал
Nb	0.05-30	29233123	1.77 10-31.77 10-3
V	0.09-1	22732373	2.9 10-53.5 10-5
Ti	6.25-25	22732373	2.0 10-52.0 10-5
Zr	0.09-1	22732373	1.05 10-51.43 10-5

Азот як домішка проникнення, адсорбуючись на металі, насичує його зв'язки і, якоюсь мірою блокує поверхню, подібно поверхнево-активним речовинам. Природно, процес дифузії азоту в металі не припиняється, але він іде з меншою швидкістю, чим насичення зв'язків азот-метал. Тому в поверхневому шарі, який можна порівняти з дифузійним шаром, відбувається накопичення азоту. При підвищенні парціальних тисків і температури, азот як би проштовхується через бар'єрний шар і конвективними потоками розноситься по всьому об’єму металу.

Виходячи з викладеного, ми припускаємо, що стадією всього процесу, що лімітує, розчинення азоту у високореакційних металах є хіміко адсорбційна ланка.

4. Загальні висновки

1. Проведено систематичні дослідження розчинності азоту в чистих ванадії, ніобії, у сплавах Fe-V і Fe-Nb у широкому інтервалі температур і парціальних тисків газу. Отримано основні термодинамічні величини, що описують процес розчинення азоту в досліджених системах у залежності від температури, парціального тиску й концентрації легуючого елемента в сплаві.

2. Показано, що теплота змішання в залізованадієвих і залізоніобієвих сплавах збільшується за абсолютною величиною з підвищенням концентрації легуючих елементів. Величина теплоти змішання для цих сплавів у всьому концентраційному інтервалі залишається негативною величиною, що говорить про екзотермічний характер процесу.

3. Визначено температурні залежності логарифма коефіцієнта активності азоту першого, другого і третього порядків для досліджених сплавів систем Fe-V і Fe-Nb. З отриманих залежностей випливає, що з ростом температури вплив параметрів другого й третього порядків на величину

слабшає. Для сплавів системи Fe-Nb, параметр взаємодії третього порядку необхідно враховувати починаючи з концентрації ніобію в сплаві 80% мас.

4. Отримано рівняння, що дозволяють розраховувати розчинність азоту в сплавах систем Fe-V і Fe-Nb у широкому інтервалі концентрацій легуючих елементів, а також у чистих ванадії й ніобії.

5. При вивченні розчинності азоту в цирконії й титані було виявлено, що в дослідженому інтервалі температур і парціальних тисків, термодинамічна рівновага не досягається, тому що реакція йде в одну сторону до утворення нітридів даних елементів.

6. Методом плавки металів у зваженому стані досліджено кінетичні залежності розчинності азоту в рідких ванадії, ніобії, цирконії й титані.

7. У результаті досліджень було встановлено, що при розчиненні азоту в рідких ванадії, ніобії, цирконії й титані стадією, що лімітує процес є хіміко-адсорбційна ланка.

8. Визначено значення константи швидкості хіміко-абсорбційного процесу

хімічних реакцій розчинення азоту в рідких ванадії, ніобії, цирконії й титані.

9. Встановлені значення термодинамічних і кінетичних величин можуть бути використані при визначенні параметрів газового режиму в процесах спеціальної електрометалургії при легуванні металу азотом із газової фази й дегазації металу.

Література

1. Григоренко Г.М., Помарин Ю.М., Орловский В.Ю. Методика и оборудование для исследования поглощения азота сталями и сплавами при избыточном давлении // Проблемы специальной электрометаллургии, 1990, №3,с 21-23

2. Григоренко Г.М., Помарин Ю.М., Орловский В.Ю. Абсорбция азота железованадиевыми расплавами и жидким ванадием // Проблемы специальной электрометаллургии, №2, 1992, с 92-96

3. Орловский В.Ю., Григоренко Г.М.., Помарин Ю.М. Абсорбция азота жидкими сплавами системы Fe-Nb // Проблемы специальной электрометаллургии, №1, 1997, с 61-65

4. Статкевич И.И., Нероденко М.М., Григоренко Г.М., Помарин Ю.М., Орловский В.Ю. Абсорбция азота жидким ниобием // “Известия АН СССР. Металлы”, 1991, №4, с.175-178.

5. Помарин Ю.М., Орловский В.Ю., Медовар Б.И., Величко О.А., Григоренко Г.М., Саенко В.Я., Гургу С.Р. Лазерная обработка поверхности титана и его сплавов в атмосфере азота // Проблемы специальной электрометаллургии, №2, 1992, с 102-105.

6. Лакомский В.В., Помарин Ю.М., Орловский В.Ю., Григоренко Г.М., Статкевич И.И. Кинетические особенности растворения азота в высокореакционных металлах // Проблемы специальной электрометаллургии, №1-2, 1994. с.75-81.