Кинетику растворения железа в жидком алюминии в интервале температур 720 – 820° С и скорости вращения образца 20 об/мин изучали Дерби, Джагли и Клеппа для оценки пригодности жидкого алюминия в качестве растворителя для высокотемпературной калориметрии переходных металлов. Они пришли к выводу, что растворение железа в жидком алюминии происходит в диффузионном режиме.
Интересные работы, посвященные растворению железа в жидком алюминии при температурах 700 и 775° С, провели японские исследователи Минова, Косака и др. Косака и др. изучали скорость растворения стали, содержащей 1,8 % Сг, в жидком алюминии в интервале температур 750 – 900° С в номинально статических условиях и в условиях перемешивания расплава струей аргона с контролируемой скоростью. По мнению авторов, процесс растворения хромистой стали в жидком алюминии также является диффузионным, однако малые значения констант скоростей растворения (от 0,4 до 2–10~5 см/сек) и высокая энергия активации (30 ккал/моль) свидетельствуют о возможности торможения процесса растворения на границе раздела твердое железо–жидкий алюминий.
Следует отметить, что полученные в работах данные не дают четкого представления о механизме растворения железа в жидком алюминии и влиянии на скорость растворения образующихся на границе раздела интерметаллических фаз.
В работах Я.В. Натанзона, В.Н. Еременко и др. установлены закономерности скорости растворения армко-железа в жидком алюминии при использовании равнодоступной поверхности растворяющегося образца в виде вращающегося диска с учетом образования интерметаллического слоя на поверхности растворения.
Из прутков армко-железа механической обработкой готовили цилиндрические образцы высотой 50 и диаметром 11 мм, боковую поверхность которых защищали от воздействия жидкого алюминия слоем окиси алюминия, нанесенным методом плазменного напыления, а рабочую поверхность дисков шлифовали. После указанных операций образцы отжигали при 850° С в течение 1 ч в вакууме порядка 1 10 -5 мм рт. ст. Алюминий (100+ 5 г) перед загрузкой частично очищали от окисной пленки с помощью скальпеля, полностью (по визуальной оценке) окисная пленка удалялась после выдержки алюминия при 1100° С в вакууме 2 – 3–10-5мм рт. ст. в течение 1 ч.
Кинетику растворения армко-железа в жидком алюминии изучали при температурах 700, 750, 800 и 850 °С и восьми скоростях вращения образца – от 8,5 до 615,4 об/мин. Погрешность полученных экспериментальных данных в интервале скоростей вращения 63,1 – 239,0 об/мин при 700 и 750° С определялась погрешностью результатов химического анализа, в остальных случаях – особенностями растворения в данной системе или условиями испытаний.
Слой железоалюминиевого сплава, остающегося на поверхности дисков после опытов, растворяли в щелочи (150 г. КОН в 100 мл воды) при 80° С. Коррозия армко – железа в этом растворе была незначительной и составляла 0,1 мг/см2 ч.
Результаты опытов, проведенных при скоростях вращения образца 8,5; 12,6 и 42,5 об/мин, показали отсутствие четкой зависимости между временем растворения и концентрацией железа в расплаве. Это, по-видимому, связано с недостаточным перемешиванием расплава.
Следует также отметить, что достаточное выравнивание концентрации путем конвективного перемешивания расплава при скорости вращения образца 160 об/мин достигается только спустя 2 – 3 мин от начала растворения, в то время как для возникновения пограничного слоя на диске, соответствующего данному режиму перемешивания, требуется время порядка 1 сек. Время появления которого тем меньше, чем больше скорость вращения диска. При больших скоростях вращения образца, а также при более высокой температуре (800° С) скорость растворения постоянна или растет во времени. Очевидно, что даже в случае постоянной скорости растворения вследствие уменьшения разности значения К возрастают во времени согласно уравнению.
Можно предположить, что характер изменения коэффициента К в уравнении Нернста – Щукарева связан с последовательностью возникновения и особенностями роста интерметаллических фаз, возникающих на границе раздела твердого и жидкого металла.

  • Читать все новости