В процесі металотермічних отримання магнієвих лігатур визначальним є використання відповідної галогенідними суміші. У статті виконано аналіз діаграм стану іттрійсодержащіх галогенідними систем і представлені найбільш підходящі з них для більш повного відновлення ітрію з розплаву солей. Виявлено, що при використанні в якості вихідного матеріалу фториду і хлориду ітрію температура плавлення сполук може бути знижена за рахунок зменшення температури ліквідусу при одночасному введенні добавок хлориду калію і натрію.

Анотація наукової статті з хімічних технологій, автор наукової роботи - Савченков С.А.


ANALYSIS OF FUSION DIAGRAMS OF YTTRIUM-CONTAINING HALIDE SYSTEMS

The use of the corresponding halide mixture is the core element in metallothermic production of magnesium alloys. The analysis of the diagrams of the state of yttrium-containing halide systems is conducted and the most suitable ones are presented for a more complete reduction of yttrium from the salt melt. It is found that in case of using fluoride and yttrium chloride as a basic material, the melting point of the compounds can be lowered by reducing the liquidus temperature while simultaneously adding potassium and sodium chloride additives.


Область наук:
  • хімічні технології
  • Рік видавництва діє до: 2017
    Журнал: Міжнародний науково-дослідний журнал
    Наукова стаття на тему 'АНАЛІЗ ДІАГРАМ плавкість ІТРІЙСОДЕРЖАЩІХ галогенідними СИСТЕМ'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІЗ ДІАГРАМ плавкість ІТРІЙСОДЕРЖАЩІХ галогенідними СИСТЕМ»

    ?- функціонування в реальному часі;

    - підтримка 3D графіки і анімації.

    недоліки

    - високі вимоги до апаратної частини;

    - в окремих випадках оптичне розпізнавання ускладнене або неможливе, що вирішується вдосконаленням алгоритмів.

    Застосування технології доповненої реальності в виробничому процесі, як показано в численних дослідженнях [3], дає можливість збагатити візуально і контекстуально оперативне ведення технологічного процесу. Впровадження технології доповненої реальності дозволить підвищити мотивацію виробничих фахівців, зацікавити керівництво підприємства новими способами уявлення і зчитування інформації, вести виробничий процес з меншими ризиками для персоналу та обладнання, швидше визначати і усувати технологічні порушення.

    Список літератури / References

    1. Carmichael G. Understanding the Power of Augmented Reality for Learning / G. Carmichael, R. Biddle, D. Mould // Proceedings of World Conference on E-Learning in Corporate, Government, Healthcare, and Higher Education. - 2012. - P. 1761-1771.

    2. Солдатов С.К. Інтерфейс майбутнього - системи доповненої реальності / С.К. Солдатов, Н.В. Кузьміна // Сучасні технології автоматизації. - 2016. - № 1. - С. 96-103.

    3. Мітра А. У доповненої реальності проблеми з відображенням [Електронний ресурс] / А. Мітра. - URL: http://holographica.space/articles/blippar-1774 (дата звернення: 05.03.2017).

    Список літератури англійською мовою / References in English

    1. Carmichael G. Understanding the Power of Augmented Reality for Learning / G. Carmichael, R. Biddle, D. Mould // Proceedings of World Conference on E-Learning in Corporate, Government, Healthcare, and Higher Education. - 2012. - P. 1761-1771.

    2. Soldatov S.K. Interfejs budushhego - sistemy dopolnennoj real'nosti [The interface of the future - augmented reality system] / S.K. Soldatov, N.V. Kuz'mina // Sovremennye tehnologii avtomatizacii [Modern automation technology]. - 2016. -№ 1. - P. 96-103. [In Russian]

    3. Mitra A. U dopolnennoj real'nosti problemy s otobrazheniem [Augmented reality display problems] [Electronic resource] / A. Mitra. - URL: http://holographica.space/articles/blippar-1774 (accessed: 05.03.2017). [In Russian]

    DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.58.180 Савченков С.А.

    Аспірант кафедри металургії, Санкт-Петербурзький гірничий університет

    Робота підтримана Фондом сприяння розвитку малих форм і підприємств, договір № 10829ГУ / 201

    від 29.12.16.

    АНАЛІЗ ДІАГРАМ плавкість ІТРІЙСОДЕРЖАЩІХ галогенідними СИСТЕМ

    Анотація

    В процесі металотермічних отримання магнієвих лігатур визначальним є використання відповідної галогенідними суміші. У статті виконано аналіз діаграм стану іттрійсодержащіх галогенідними систем і представлені найбільш підходящі з них для більш повного відновлення ітрію з розплаву солей. Виявлено, що при використанні в якості вихідного матеріалу фториду і хлориду ітрію температура плавлення сполук може бути знижена за рахунок зменшення температури ліквідусу при одночасному введенні добавок хлориду калію і натрію.

    Ключові слова: галогенідні системи, діаграми плавкості, фторид ітрію, хлорид ітрію, лигатура.

    Savchenkov S.A.

    Postgraduate Student, Department of Metallurgy, St. Petersburg Mining University

    The work was supported by the Foundation for Promotion of Small Forms and Enterprises, contract No. 10829U / 2016

    of 29.12.16.

    ANALYSIS OF FUSION DIAGRAMS OF YTTRIUM-CONTAINING HALIDE SYSTEMS

    Abstract

    The use of the corresponding halide mixture is the core element in metallothermic production of magnesium alloys. The analysis of the diagrams of the state of yttrium-containing halide systems is conducted and the most suitable ones are presented for a more complete reduction of yttrium from the salt melt. It is found that in case of using fluoride and yttrium chloride as a basic material, the melting point of the compounds can be lowered by reducing the liquidus temperature while simultaneously adding potassium and sodium chloride additives.

    Keywords: halide systems, fusibility diagrams, yttrium fluoride, yttrium chloride, ligature.

    Переваги сплавів на основі магнію, обумовлені фізико-механічними характеристиками: високою у слушною міцністю і питомої жорсткістю, в ряді випадків - гарну зварюваність, здатністю поглинати енергію удару і вібраційні коливання. Відомо, що застосування ітрію в якості легуючої і модифікує добавки дозволяє значно підвищити міцність магнієвих сплавів при кімнатній і підвищених температурах. Магнієві сплави, леговані ітрієм знайшли широке застосування в

    машинобудуванні, авіації, ракетобудуванні, космонавтики і автомобілебудуванні, де вимоги щодо високої питомої міцності, є основними. Введення ітрію як легуючий елемент виявляє помітний модифікуючу вплив на магнієві сплави, сприяючи подрібнення зерна.

    Перспективність застосування магнієвих і алюмінієвих сплавів і лігатур з рідкоземельними металами обговорюється в великій кількості робіт як російських [1,2], так і зарубіжних вчених [3,4]. Однак в їх роботах приділялося мало уваги розробці технології металотермічних отримання лігатур системи магній-ітрій. Таким чином, коло питань, пов'язаних з отриманням лігатур системи магній-ітрій з використанням методу металлотермии потребують розробки науково обґрунтованих технічних рішень і їх реалізації.

    У зв'язку з високою вартістю вихідних з'єднань рідкоземельних металів вплив на техніко-економічні характеристики застосовуваних у промисловості складних магнієвих сплавів надають вартість, склад і методи отримання вихідних лігатур. На сьогоднішній день лігатури, в основному, отримують методом сплаву чистих компонентів, що сильно підвищує вартість отриманого сплаву. З економічної точки зору найбільший інтерес представляє металотермічних відновлення легуючих елементів з їх оксидів, фторидів і хлоридів.

    На технологічні показники процесів отримання лігатур магній-ітрій, вплив надають агрегатний стан і термічна стабільність, використовуваних при відновленні, іттрійсодержащіх розплавів. Зокрема, вихід металу, однорідність лігатури і їх чистота залежать від температури плавлення фторидів і хлоридів і наявності освіти складних з'єднань в системі. Вивчення обмінних взаємодій на кордоні твердої і рідкої фаз необхідно для подальшого регулювання температурного режиму при відновленні з'єднань ітрію.

    Фторид ітрію YFз - безбарвні кристали, не розчинні у воді, утворюють кристалогідрат. У твердої фази фториду ітрію існує дві аллотропних форми: це низькотемпературна форма Р-УБ3 і високотемпературна форма а-УБ3 (рис.1.), Яка утворюється при температурі 1350 К [5,6]. Розрахункова температура плавлення фториду ітрію складає 1428 К.

    Мал. 1 - Значення теплоємності УБ3 [5]

    Для приготування фторидів ітрію можуть бути використані чотири загальновідомих методу фторування:

    1) реакція оксиду з газоподібним фтористим воднем;

    2) реакція оксиду з Біфторид амонію;

    3) осадження фториду з водних розчинів;

    4) пропускання безводного фтористого водню через розплавлену фтористу сіль.

    Застосування методу прямого фторування оксиду ітрію газоподібним ІБ для отримання великих кількостей фториду пояснюється відносною простотою операції і можливістю виконання її при помірних температурах. Варто відзначити, що методу осадження фторидів з водних розчинів притаманний серйозний недолік -в зв'язку з желатінозной гідратованого осаду важко його відокремлювати від водної фази.

    Хлорид ітрію YCl3 - бінарне неорганічне з'єднання, сіль металу ітрію і соляної кислоти, безбарвні кристали, розчинні у воді, які можуть утворювати кристалогідрати. Розрахункова температура плавлення і ентальпія УС13 складають 994 К і 31381 Дж • моль-1. Хлориди ітрію можуть бути отримані розчиненням оксидів рідкоземельних металів в соляній кислоті з наступним нагріванням розчину для видалення незв'язаної води. Також можливе застосування безводного методу приготування. Сутність цього методу полягає в реакції в твердому стані оксиду ітрію з хлористим амонієм, узятим в надмірній кількості. Інший сухий спосіб отримання хлоридів ітрію заснований на реакції між оксидом і тіонілхлоридом.

    Фазова діаграма KF-YF3 була досліджена авторами [5], які використовували чотири методу моделювання. Опрацьована фазову діаграму показана разом з доступними вимірами на малюнку 2.

    0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

    х (\ Т3)

    Мал. 2 - Діаграма плавкості КР-УР3 [5]

    Чотири методи були використані для того, щоб спробувати найкращим чином відтворити інформацію по ентальпії змішування «рідина-рідина», отриману з доступних вимірів ентальпії змішування «рідина-тверде» для двокомпонентної системи КЕ-УР3. В системі виявлено п'ять проміжних сполук - К3УР6, КУБ5, КУБ4, КУ2Б7 і КУ3Р10, при цьому виявлено, що з'єднання КУ3Р10 плавиться конгруентно. Розрахована температура плавлення сполуки для КУ3Р10 дорівнює тисяча двісті сімдесят три ± 15К, К2УБ5 плавиться при температурі 839 К, температура переходу «тверде-тверде» становить тисяча сто тридцять три К, температура плавлення КУ2Б7 - 1238 К, температура плавлення КУ ^ о - 1270 К.

    Фазова діаграма КР ^ С13 була побудована за допомогою ДТА і рентгенодифракційну методу з ДТА. За допомогою калориметричного методу виміряли ентальпію змішування системи «рідина-рідина» для двокомпонентної системи КС1-УС13 при температурі 1143 К (рис.3).

    Про 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

    х (\ 'С13)

    Мал. 3 - Діаграма плавкості КР-УС13 [5]

    В системі виявлено чотири проміжних сполуки- У2С16, К3УС16, К2УС15, КУ2С17. Були встановлені ентальпії освіти двох з'єднань при температурі 298,15К для компонентів 0,5КУ2С17 і К3УС16, рівні -25,3 кДжмоль-1 і -50,1 кДжмоль-1, відповідно.

    Досліджено діаграма КаС1-УС13 (рис.4). В системі виявлено два перетектічекіх проміжних з'єднання №3УС16 і №У9С128, що мають температуру плавлення 793,2 К і 856,6 К відповідно.

    84

    Мал. 4 - Діаграма плавкості NaC1-YC13 [7]

    В системі YCl3-КCl (рис.5) виявлено два з'єднання: K3YC16 з температурою плавлення 1097,4 К, і KY2Cl7 з температурою плавлення 786,4 До.

    Мал. 5 - Діаграма плавкості KC1-YC13 [7]

    Також система має дві евтектики; при 892, 9 ^ яка становить 15,0 мас. % YC13 і при 689,9 ^ яка становить 45,0 мас. % YC13 відповідно.

    Фазова діаграма YCl3-LiCl показана на малюнку 6. Система має евтектики при 679,9 К, яка становить 44,2 мас. % YC13 відповідно. Виявлено проміжне з'єднання Li3YC16 з температурою плавлення 765,0 До.

    1100 м | I I! I! II j I 'I II I I I I j I! I 'I I' I I J М I I I II 'I | I | I I-ГП-РМТ-1 I! I I I 1 I I I-II I I I | II I I 'I I' I | I II I М II-1 I I I II-ТТ

    0.0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 UCI YCI,

    Мал. 6 - Діаграма плавкості LiCl- YCl3 [7]

    В результаті вивчення іттрійсодержащіх галогенідними систем виявлено, що при використанні в якості вихідного матеріалу фториду і хлориду ітрію температура плавлення сполук може бути знижена за рахунок зменшення температури ліквідусу при одночасному введенні добавок хлориду калію і натрію. Перспективними сольовими системами для відновлення ітрію магнієм при температурі 950-1050 До є суміші: фториду або хлориду ітрію, хлористого калію, хлористого натрію і фтористого кальцію, а також суміш фториду або хлориду ітрію, хлористого літію і фтористого калію.

    В подальшому планується проведення експериментів з отримання лігатур магній-ітрій, відновленням ітрію з розплаву солей, представленого вище складу.

    Список літератури / References

    1. Bazhin V.Yu. Synthesis of aluminum based scandium-yttrium master alloys / V.Yu. Bazhin, Ya.I. Kosov, O.L. Lobacheva, N.V. Dzhevaga // Russian Metallurgy. - 2015. - No.7. - P. 516-520.

    2. Endalkachey Mosisa. Review on nano particle reinforced aluminum metal matrix composites / Mosisa Endalkachey, V.Yu. Bazhin, S.A. Savchenkov // Research Journal of Applied Sciences. - 2016. - Vol. 11, No.5. - P. 188-196.

    3. Lizi Liu. Microstructure, texture, mechanical properties and electromagnetic shielding effectiveness of Mg-Zn-Zr-Ce alloys / Liu Lizi // Materials Science Engineering. - 2016. - No.4. - P. 259-268.

    4. Xin Zhang. Experimental investigation of the Mg-Zn-Zr ternary system / Zhang Xin // Alloys and Compounds. - 2016. -P. 1-38.

    5. Zhangyang Kang. Thermodynamic evaluation and optimization of the (KF + YF3), (KCl + YCl3) and (YF3 + YbF3) binary systems / Kang Zhangyang, R.Christian, H. Maogang, P. Chartrand // The Journal of Chemical Thermodynamics. - 2016. -Vol. 98. - P. 242-253.

    6. Spedding F. H. High-Temperature Heat Contents and Related Thermodynamic Functions of Seven Trifluorides of the Rare Earths: Y, La, Pr, Nd, Gd, Ho, and Lu / F. H. Spedding, D. C. Henderson // The Journal of Chemical Physics. - 1971. -Vol. 54. - P. 2476-2483.

    7. Yimin Sun. Thermodynamic optimization and calculation of the YCl3-ACl (A = Li, Na, K, Rb, Cs) phase diagrams / Sun Yimin, Guochen Bian, Wei Tao, Chunhai Zhai, Ming Zhong, Zhiyu Qiao // CALPHAD: Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry. - 2012. - P. 1-10.


    Ключові слова: галогенідними СИСТЕМИ / діаграми плавкості / ФТОРИД ітрій / YTTRIUM FLUORIDE / ХЛОРИД ітрій / YTTRIUM CHLORIDE / лігатури / LIGATURE / HALIDE SYSTEMS / FUSIBILITY DIAGRAMS

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити