Физическая химия и физика металлургических систем. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Исследование взаимодействия водорода с границами зерен в α-FE
Статья научная
Представлены результаты первопринципного моделирования взаимодействия водорода с границами зерен в α-железе. Моделирование проводилось в рамках теории функционала плотности (DFT) полнопотенциальным методом линеаризованных присоединенных плоских волн (FP LAPW) с учетом обобщенного градиентного приближения (GGA'96) в программном пакете WIEN2k. Были изучены три границы зерен наклона: Σ3(111), Σ5(210) и Σ5(310). Построение суперячеек границ зерен наклона осуществлялось с помощью модели решетки совпадающих узлов. Суперячейки содержали 40-48 атомов, т. е. по 20-24 атома в каждом из двух зерен. Определены энергия формирования границ зерен: 1,46; 1,83 и 1,44 Дж/м2 и максимальные энергии захвата атома водорода границами 0,39; 0,81 и 0,43 эВ, соответственно. Эти данные хорошо согласуются с результатами, представленными в других работах. Высокое значение энергии связи водорода с границей зерна Σ5(210), вероятно, связано с асимметричным строением конфигурации атомов, полученной в результате взаимного жесткого сдвига двух зерен, которые необходимо было ввести, чтобы обеспечить оптимальные расстояния между атомами Fe, в отличие от двух других типов границ зерен.
Бесплатно
Исследование области расслаивания расплавов в системе Cu-Pb импульсно-фазовым методом
Статья научная
Явление расслоения жидкостей играет важную роль в процессах разделения веществ методом экстракции, поэтому заслуживает внимательного изучения. Кроме того, расслаивающиеся расплавы интересны с точки зрения физики критических явлений в конденсированных системах. Однако до настоящего времени расслоение непрозрачных жидкостей, и в особенности металлических и полупроводниковых расплавов, изучено крайне слабо. Из 80 двойных систем, в которых обнаружено расслоение в жидком состоянии, только в нескольких приводятся экспериментальные данные, обозначающие купол двухфазной области L1 + L2. Во всех остальных случаях области лишь намечены по краям пунктиром. Анализ справочного материала за более поздний период времени показал, что положение дел в отношении исследования областей расслаивания практически не изменилось. Отмеченное обстоятельство связано, на наш взгляд, с отсутствием экспериментального метода, позволяющего надежно установить положение линии моновариантного равновесия, которая ограничивает область расслаивания в жидком состоянии. В настоящее время для решения этой задачи чаще всего используются методы: измерения электропроводности, вязкости, плотности, дифференциально-термического анализа, закалки из жидкого состояния с последующим металлографическим анализом и др. С использованием импульсно-фазового метода исследована область расслаивания в системе Cu-Pb. На основе экспериментальных данных построена линия моновариантного равновесия, ограничивающая указанную область. Установлены координаты критической точки: температура - (1271 ± 2) К, состав - 0,35 ат. доли Pb, остальное Cu. В данной работе показано, что импульсно-фазовый метод может быть с успехом использован для надежного установления границы области расслоения жидкостей на фазовой диаграмме, также для определения Ткр расслоения и для исследования самого процесса расслоения.
Бесплатно
Исследование процессов раскисления
Статья научная
Проведены эксперименты по раскислению жидких сплавов Fe-Ni и Fe-Ni-Cr марганцем, ванадием, кремнием, титаном, алюминием. По мере увеличения содержания никеля в железе раскисляющее влияние хрома проявляется сильнее, это особенно становится заметным, начиная с 40 % никеля. Раскислительная способность исследованных раскислителей в сплаве Fe - 10 % Ni - 20 % Cr оказалась выше, чем в Fe -40 % Ni - 15 % Cr. Обсуждаются также вопросы раскисления расплавов углеродом в вакууме и в нейтральной атмосфере. Экспериментально показано, что отсутствие CO в атмосфере не приводит к существенному возрастанию раскислительной способности углерода. Сделан вывод о том, что химический вакуум (при нулевом парциальном давлении CO) не равнозначен физическому вакууму (при нулевом общем давлении). Над расплавом металла существует непромешиваемый газовый слой, содержание СО в котором может определять равновесную концентрацию кислорода при данном содержании углерода. Поэтому плавка металла в атмосфере аргона при давлении 10 5-10 4 Па не может быть рекомендована для существенного снижения концентрации кислорода вследствие повышения раскислительной способности углерода и может рассматриваться только как плавка в защитной атмосфере, предохраняющей расплав от окисления.
Бесплатно
Макро- и микроструктура лигносульфонатов в зависимости от основания варочной кислоты
Статья научная
Лигносульфонат как связующее для литейного производства встречается в 20-30-е гг. XX в. Сначала лигносульфонат котировался как отход целлюлозно-бумажного производства и считался заменителем масляных связующих, но отдельно лигносульфонат как связующее не оправдал надежды по замене масляных связующих из-за низких прочностных свойств, и А.М. Лясс в своей классификации отвел лигносульфонатам место в самом низу (Б-3). В основном лигносульфонат натрия самостоятельно как связующее не применяется, а используется лишь как добавка в смесь в виде водных растворов высокой плотности или сухого порошка. По объему применения в качестве связующих лигносульфонаты занимают в литейном производстве третье место после глины и жидкого стекла. Существует немало источников по описанию и объяснению сложной структуры лигносульфонатов. Исследование поведения формирующихся макромолекул в растворах важно не только для определения их молекулярных характеристик, но имеет важное значение как с теоретической, так и с практической точек зрения для регулирования свойств по вязкости и прочности, что находит широкое применение у специалистов нефтяной промышленности, кристаллографии, физической и коллоидной химии. Предпринята попытка на основании исследований перечисленных в статье авторов объяснить выявленные закономерности и прояснить структуру на основе расчетов по методике упаковки шаров. Но мало изучены процессы со стержневыми смесями, отверждаемыми без нагрева. Это позволяет тщательнее изучать как природу связующего, так и его связующие качества. Поиск путей улучшения связующей способности с модифицированным лигносульфонатом (при привитых активных группах на поверхности молекулы или при добавке другого компонента) позволят получить более качественное связующее и интенсифицировать процесс упрочнения.
Бесплатно
Статья научная
В случае если в теле при его нагреве или охлаждении происходит фазовый переход, процесс распространения в нем тепла претерпевает сильные изменения. В отличие от однокомпонентного металла, при охлаждении многокомпонентного сплава, при переходе через температуру ликвидус, энтальпия, плотность и коэффициент теплопроводности остаются непрерывными, но их производные и, в частности, теплоемкость терпит разрыв. При нагреве поверхности твердого цилиндрического тела из двухкомпонентного металлического сплава выше температуры ликвидус у поверхности возникает двухфазная зона, перемещающаяся к оси цилиндра. В работе предложен метод введения «эффективной» теплоемкости, позволяющая рассчитывать скорость движения этой зоны, а также температуру сплава в любой его точке и в любой момент времени. Использовалось обычное уравнение теплопроводности с переменными коэффициентами, которые, в данном случае, зависят от температуры. Жидкая, твердая и переходная зоны образца рассчитывались по одному и тому же уравнению, коэффициенты его рассчитывались по одному и тому же методу. Для каждой точки образца для каждой соответствующей температуры, рассчитывались доли жидкой и твердой фаз. В данной работе, для простоты, раствор считался совершенным. Удельный объем, коэффициент теплопроводности и удельная энтальпия рассчитывались как средневзвешенные от соответствующих величин для жидкого и твердого состояний. Удельная теплоемкость рассчитывалась как производная по температуре от энтальпии. Полученную систему дифференциальных уравнений сводили к конечно-разностным уравнениям. Для решения полученной системы разностных уравнений была разработана компьютерная программа. В статье приведены результаты одного из таких расчетов. Результаты работы могут быть интересны не только металлургам, но и метрологам при разработке теории самотестирующегося датчика температуры.
Бесплатно
Статья научная
В случае если в теле при его нагреве или охлаждении происходит фазовый переход, процесс распространения в нем тепла претерпевает сильные изменения. Поведение энтальпии, теплоемкости, плотности, коэффициента теплопроводности как функций температуры меняется сложным образом. Например, в сплаве с тройной эвтектикой при охлаждении выделяется сначала одна твердая фаза, затем вторая и, наконец, весь сплав кристаллизуется. При нагреве поверхности твердого цилиндрического тела из трехкомпонентного металлического сплава выше температуры ликвидус у поверхности возникают двух- и трехфазные зоны, перемещающиеся к оси цилиндра. В работе предложена методика введения «эффективной» теплоемкости, позволяющая рассчитывать скорость движения этой зоны, а также температуру сплава в любой его точке и в любой момент времени. Использовалось уравнение теплопроводности с переменными коэффициентами. Для каждой точки образца для каждой соответствующей температуры рассчитывались доли жидкой и всех твердых фаз. Удельный объем, коэффициент теплопроводности и удельная энтальпия рассчитывались как средневзвешенные от соответствующих величин для жидкого и твердого состояний. Удельная теплоемкость рассчитывалась как производная по температуре от энтальпии. Полученную систему дифференциальных уравнений сводили к конечно-разностным уравнениям. Для решения полученной системы разностных уравнений была разработана компьютерная программа. В статье приведены результаты одного из таких расчетов. Представленный метод может быть полезен металлургам (расчет прогрева деталей при термообработке, расчет прогрева кусков шихты в сталеплавильной печи), метрологам (самотестирующиеся датчики температуры) и другим.
Бесплатно
Математическая модель кинетики фазового перехода при нагреве поверхности цилиндрического тела
Статья научная
В случае если в теле при его нагреве или охлаждении происходит фазовый переход, процесс распространения в нем тепла претерпевает значительные изменения. При переходе через температуру ликвидус энтальпия, плотность и коэффициент теплопроводности как функции температуры претерпевают разрыв. При нагреве поверхности твердого металлического цилиндрического тела выше температуры его плавления у поверхности возникает жидкая фаза и соответствующая граница раздела фаз, перемещающаяся к оси цилиндра. В статье приведен вывод уравнений распространения тепла в теле, учитывающий, помимо фазового перехода, изменение размеров участков тела вследствие зависимости плотности от температуры. К полученной системе уравнений был применен метод выпрямления фронтов - были введены такие координаты, относительно которых поверхность раздела фаз является неподвижной. Полученную систему дифференциальных уравнений сводили к конечно-разностным уравнениям. Для решения полученной системы разностных уравнений была разработана компьютерная программа. В статье приведены результаты одного из таких расчетов. Разработанная методика позволяет рассчитывать скорость движения границы раздела фаз, а также температуру тела в любой его точке и в любой момент времени. Результаты работы могут быть интересны не только металлургам, но и метрологам при разработке теории самотестирующегося датчика температуры.
Бесплатно
Статья научная
Предложено математическое описание процесса образования и движения анионных вакансий при восстановлении металлов в комплексных оксидах с позиции диффузионных и тепловых процессов, протекающих в фазах восстановителя и оксида, а также химических реакций на поверхности раздела фаз. Рассмотрена система, состоящая из сферической частицы руды, находящейся в атмосфере газообразного восстановителя. Частица руды представляет собой гомогенный газонепроницаемый комплексный оксид следующего компонентного состава: O, Fe, Si, Mg. Газовая фаза состоит из двух компонентов - СО и СО2. Поверхность рудной частицы является непроницаемой для компонентов обеих фаз. Восстановитель не может проникать внутрь куска, и все обменные процессы протекают на границе раздела. Для фазы рудной частицы составлены уравнения теплопроводности, а также уравнения диффузии компонентов фазы. Для газовой фазы, окружающей частицу, также составлены уравнения теплопроводности и диффузии реагентов с учетом изменения размеров частицы. Для поверхности раздела получено уравнение теплопередачи, связывающее тепловые потоки из обеих фаз к поверхности раздела с тепловым эффектом химических реакций. Кроме того, получены уравнения массопереноса компонентов рудной фазы, связывающие удаление атомарного кислорода с поверхности раздела с подводом его к поверхности раздела из глубины рудной частицы. Составлены уравнения массопереноса компонентов газовой фазы, связывающие подвод реагентов к поверхности раздела фаз с расходом их на поверхности. Учтено влияние основных физико-химических параметров на скорость образования и движения восстановительных вакансий. Составлена математическая модель.
Бесплатно
Статья научная
Объяснены превращения фаз в результате твердофазного карботермического восстановления металла в объёме комплексного оксида с низким содержанием железа - дунит. В лабораторной печи сопротивления (печи Таммана) проведены эксперименты по твердофазному карботермическому восстановлению железа в дуните при температуре 1300 °С и выдержке 1 ч. Выполнено сравнение результатов микрорентгеноспектрального и рентгенофазового анализа исходных образцов дунита с образцами после твердофазного карботермического восстановления. Установлены фазы в исходных образцах дунита: Mg3Si2O9, Fe0,16Mg1,86SiO4, Fe0,339Mg2,544Al0,201Si1,904O9H4, Al2MgO4 и в фазах после твердофазного карботермического восстановления металла: Mg2SiO4, Mg14(SiO4)5O4, Fe0,16Mg1,86SiO4 и Fe2,16Mg0,31Si0,53O4. Отдельно в лабораторной взвешивающей муфельной проведены эксперименты по окислительному обжигу кусков дунита при температуре 1000 °С. Показаны кривые изменения массы в процессе окислительного обжига. Дана оценка результатам работы и обозначены перспективы дальнейшего исследования процессов карботермического твердофазного восстановления металлов из комплексных оксидов.
Бесплатно
Статья научная
Комплекс негативных воздействий водорода на металл называют водородной деградацией. Процессы водородной деградации существенно зависят от особенностей диффузии и растворимости водорода в конкретных материалах. Многие промышленные изделия при изготовлении сохраняют существенные остаточные напряжения (сварные трубы, сварные швы, несущие балки). В этом случае особую ценность для прогнозирования процессов деградации имеют зависимости растворимости и коэффициента диффузии водорода от температуры образца и напряжений, приложенных к образцу. В этой работе мы приводим результаты тестирования потенциалов Картер на воспроизведение основных энергетических характеристик, хорошо изученных методами первопринципного моделирования, а именно: энергии растворения водорода и величины диффузионных барьеров. После этого приводятся результаты исследования зависимости энергии растворения атомов водорода от величины двухосной деформации. Особый интерес представляет вопрос о воспроизведении потенциалом Картер перескока водорода из тетраэдрических пор в октаэдрические поры ОЦК-железа под действием двухосных деформаций. Результаты моделирования сопоставляются с аналогичными результатами, представленными в соответствующих статьях и хорошо согласуются с результатами расчета из первых принципов. Потенциал B воспроизводит переход водорода из тетрапор в октапоры под действием двухосных напряжений.
Бесплатно
Монте-Карло моделирование активности углерода в ОЦК-железе
Статья научная
Задача исследования заключалась в проверке предложенных в литературе значений энергии взаимодействия между атомами углерода в ОЦК-железе для различных координационных сфер. Цель работы: рассчитать активность углерода в ОЦК-железе, используя различные параметры взаимодействий между атомами углерода. Методы: для моделирования использовалась самописная программа по Монте-Карло, в которой была рассмотрена суперячейка 20×20×20 элементарных ячеек объёмно-центрированного (ОЦК) железа. Нами была проведена оптимизация, в ходе которой была получена сходимость результата усреднения при 500 шагах Монте-Карло. Расчеты проводили для широкого диапазона температур (Т = 955, 975, 1000, 1026, 1056, 1070, 1086, 1121 К). Результаты: наши расчеты показали, что почти все предложенные параметризации согласуются с экспериментальными данными, поскольку при низких концентрациях атомы углерода практически не взаимодействуют. Чтобы изучить влияние взаимодействия атомов углерода на кривую активности, нам пришлось расширить наши расчеты до области более высоких концентраций, чем наблюдаются на самом деле. Это позволило нам сравнить различные параметризации и получить ряд интересных выводов. Кроме того, мы продемонстрировали возможность воспроизведения экспериментальных кривых активности углерода для нескольких наборов параметров С-С взаимодействия. Новизна работы: мы продемонстрировали, что для расчета активности углерода в ОЦК-железе достаточно вычислить энергии С-С взаимодействия для первых четырех координационных сфер. Практическая значимость заключается в получении новой теоретической информации, необходимой для разработки новых марок сталей и режимов термической обработки их.
Бесплатно
Научно-педагогическая школа профессора В.А. Кудрина
Персоналии
Раскрывается трудовая и научная деятельность проф. В.А. Кудрина и представителей его научной школы. Ими было проведено пионерское исследование окисленности металла при интенсификации мартеновской плавки кислородом, разработана технология выплавки качественной стали в мартеновских печах с использованием природного газа для отопления. Проведены исследования строения и свойств расплавленного железа и его жидких сплавов с углеродом и никелем, разработан метод рафинирования стали вдуванием порошкообразных материалов, изучены физические свойства рафинировочных шлаков и их поведение при раскислении металла, разработаны конструкции водоохлаждаемых сводов дуговых сталеплавильных печей. Описана также педагогическая деятельность В.А. Кудрина: разработка единого учебного плана, научная работа преподавателей и аспирантов, научная работа студентов, создание отделений Московского государственного вечернего металлургического института на предприятиях Москвы, подготовка студентов, аспирантов, кандидатов и докторов наук, написание учебников и учебных пособий, работа преподавателей в зарубежных станах.
Бесплатно
О некоторых особенностях структурирования металлических жидкостей
Статья научная
Проанализированы физические модели строения металлических жидкостей. Состояние жидкости может быть описано в физических терминах, если известны: долевое соотношение ее составляющих, количество, состав и размеры кластеров, число атомов, входящих в кластеры, время жизни кластеров, длина свободного пробега электронов и т. д. Рассмотрены возможности количественного описания структурных параметров, которые вытекают из анализа известных публикаций и наших предложений по их использованию. Наибольшее внимание уделено работам, в которых предлагаемые на обсуждение модельные представления опираются на результаты экспериментальных исследований. Для развития количественной теории физической модели необходимы экспериментальные методы определения относительных долей структурных составляющих расплавов: разупорядоченной зоны и зоны кластеров. Можно полагать, что именно этими характеристиками определяются многие структурночувствительные свойства расплавов и процессы, связанные с изменением их структуры. Показано, что наиболее обоснованными выводами о структурных превращениях и изменениях характера химических связей в жидких металлах являются те, которые вытекают из результатов комплексных исследований свойств на одном и том же объекте, а также из результатов рентгеноструктурных, нейтронографических и других прямых методов. Для длительно существующих квазиравновесных метастабильных состояний жидкости предложен квазихимический вариант модели микронеоднородного строения металлических расплавов. Он учитывает три основополагающие идеи: равномерность двух типов движения частиц жидкости, существенную роль сил межатомного притяжения в формировании конденсированного состояния и особенности силовых полей конкретных атомов расплава. При этом особое внимание уделяется учету энергетической неравноценности межатомного взаимодействия атомов разных элементов, что является причиной возникновения кластеров разного состава и строения, обладающих разной устойчивостью во времени.
Бесплатно
Особенности коррозионного поведения отливок из чугуна в агрессивных средах
Статья научная
Работа посвящена изучению кинетики и механизма серого (СЧ) и хромированного чугунов (ЧХ28) в кислых и нейтральных средах. Актуальность работы обусловлена необходимостью подбора антикоррозионной защиты указанных сплавов при их эксплуатации в различных средах. Исследования проводились гравиметрическим, микроскопическим и фотометрическим методами. На основании анализа кинетических зависимостей коррозионного процесса отмечено, что разрушение сплавов СЧ и ЧХ28 в указанных средах протекает по электрохимическому механизму. Приведены результаты исследования микроструктуры исследуемых сплавов до и после коррозионных испытаний. Авторами установлено, что в структуре серого чугуна присутствуют феррит и графит, в то время как структура хромистого чугуна состоит из твердого раствора хрома в железе и карбидов. Особое внимание уделяется влиянию химического состава электролита на коррозионное поведение сплавов СЧ и ЧХ28. Установлено, что ванадат-ионы являются активаторами коррозионного процесса, а цистеин и метионин - ингибиторами. Показано, что использованные ингибиторы обладают достаточно высоким защитным действием по отношению к исследуемым сплавам. Полученные данные подтверждены результатами анализа продуктов коррозии сплавов, выполненного фотометрическим методом.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено применение методов оценки качества регрессионных моделей при изучении некоторых металлургических процессов. Это следующие модели: коэффициент R2, коэффициент корреляции, мультиколлинеарность, экстраполяция, временные системы, инженерное прогнозирование, полный факторный эксперимент. До сих пор значительная часть исследователей (специалисты в области не только экономических, но и технических наук) используют коэффициент R2 в качестве постоянной диагностической величины, в то время как корректировка данного коэффициента не приносит значительной пользы. Коэффициент корреляции представляет собой числовую характеристику, показывающую статистическую взаимосвязь двух или более случайных величин, не зависящих от их размерности. Это правило в равной мере относится к коэффициенту корреляции, полученному путем перемножения двух матриц-столбцов. Показан метод обработки данных при наличии в них мультиколлинеарности (интеркорреляции), а также способ ее устранения. Показаны недостатки использования метода экстраполяции в процессе математического моделировании. На основе конечных временных рядов разработан новый метод прогнозирования, названный методом «скользящей матрицы» и заключающийся в непрерывном обновлении коэффициентов уравнения регрессии путём удаления из матрицы строки с устаревшими данными и ввода новых строк с данными в прогнозируемой точке. Метод позволяет непрерывно избавляться от информационного «груза» в старых данных, так как старые данные (т. е. данные прошлого периода) несут в себе «устаревшую» информацию, которая может отрицательно повлиять на адекватность математической модели и позволяет сделать прогнозирование более корректным. Все расчеты математической модели производили с использованием программного продукта Mathcad.
Бесплатно
Поверхность растворимости углерода, кислорода и хрома в жидкой меди
Статья научная
Выполнено термодинамическое моделирование фазовых равновесий в металлическом расплаве для систем Cu-C-O и Cu-Cr-C-O в интервале температур 1100-1300 °С. Термодинамический анализ процессов взаимодействия в исследуемых системах был проведен с использованием методики построения поверхности растворимости компонентов в металле. Диаграмма такого вида позволяет связать составы металлического расплава с видом продуктов взаимодействия, включающих не только твердые частицы оксидов, но и компоненты оксидного расплава, а также газообразные продукты взаимодействия. В ходе моделирования были уточнены температурные зависимости констант равновесия реакций, протекающих в медном расплаве исследуемых систем. Также были оценены параметры взаимодействия первого порядка (по Вагнеру) элементов в жидкой меди. Результаты моделирования представлены в виде графиков, на которых отражены составы металлического расплава (в зависимости от температуры), который находится в равновесии с тем или иным продуктом взаимодействия. По результатам проведенного моделирования определено, что образование частиц оксида меди в присутствии углерода и хрома, растворенных в жидкой меди, термодинамически маловероятно. При использовании графита в качестве элемента-раскислителя необходимо учитывать малую растворимость углерода в медном расплаве.
Бесплатно
Получение монокристаллов BaFe10,5Mn1,5O19 из раствора
Статья научная
Представлены результаты выращивания монокристаллов, исследования кристаллической структуры и магнитных свойств частично замещенного марганцем гексаферрита бария состава BaFe12-xMnxO19. Монокристаллы были выращены из раствора на основе Na2O методом спонтанной кристаллизации на воздухе с применением резистивной печи с прецизионным ПИД регулятором. Были получены черные непрозрачные гексагонально ограненные кристаллы BaFe12-xMnxO19 со степенью замещения х = 1,5 размером до 8 мм. Полученные кристаллы исследовали с помощью растровой электронной микроскопии (Jeol JSM7001F с энергодисперсионным спектрометром Oxford INCA X-max 80 для элементного анализа); порошковой дифрактометрии (Rigaku Ultima IV; измерения проводили в диапазоне углов от 10 до 80° со скоростью до 2 °/мин с использованием излучения CuKα); дифференциального термического анализа (Netzsch 449C Jupiter; образцы в платиновом тигле нагревали на воздухе со скоростью 2 °C/мин от 25 до 600 °C; температуры Кюри определяли как среднее арифметическое температур пиков плавления и кристаллизации); магнитометрии (Quantum Design, MPMS XL). По полученным дифрактограммам были рассчитаны параметры решетки. Так, для состава BaFe10,5Mn1,5O19 параметры решетки равны a = 5,8946(2) Å, c = 23,1870(6) Å, V = 697,73(3) Å3. Проведена оценка влияния марганца на значение температуры Кюри. Для степени замещения 1,5 установлено снижение от 455 до 380 °C. По полученным петлям гистерезиса рассчитаны значения намагниченности насыщения и коэрцитивной силы. Для монокристаллических образцов состава BaFe10,5Mn1,5O19 намагниченность насыщения составила 237,3 кА/м, коэрцитивная сила - 1 Э при комнатной температуре.
Бесплатно
Получение монокристаллов гексаферрита бария свинца из раствора
Статья научная
Представлены результаты проведенного исследования возможности получения монокристаллических структур гексагонального феррита бария свинца из высокотемпературного раствора на основе оксида свинца методом спонтанной кристаллизации на воздухе. Для проведения экспериментов использовали резистивную печь в прецизионных ПИД регулятором температуры. Выращенные монокристаллы состава Ba1-xPbxFe12O19 при х = 0,2; 0,45; 0,8 имели характерную гексагональную огранку, размер до 3 мм. Полученные образцы исследовали с помощью растрового электронного микроскопа. Проведен также рентгенофазовый анализ полученных образцов, рассчитаны параметры ячейки. Образцы исследованы с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии. Проведена оценка влияния замещения свинцом бария на структуру и свойства материала. Для состава Ba0,2Pb0,8Fe12O19 параметры решетки равны: a = 5,8917(12) Å, c = 23,173(3) Å, V = 696,60(19) Å3. Влияния замещения бария свинцом на свойства матрицы гексаферрита бария незначительны, что позволяет применять данную методику для получения частично замещенных по железу монокристаллических структур на основе гексаферрита бария свинца.
Бесплатно
Примеси кремния в ОЦК-железе: ab-initio моделирование свойств и энергетических параметров
Статья научная
В программном пакете WIEN2k проведено первопринципное моделирование равновесной структуры и свойств атомов кремния, растворенных в ОЦК-железе. Для расчетов использовался полнопотенциальный метод линейных присоединенных плоских волн LAPW, с учетом обобщенного градиентного приближения PBE-GGA, в суперячейке из 54 атомов железа с периодическими граничными условиями. Это наиболее точный метод, используемый в рамках теории функционала плотности. В работе определены оптимальные значения основных параметров моделирования, позволяющие рассчитывать энергетические характеристики системы с точностью не менее 0,01 эВ. Энергия растворения кремния в ферромагнитное ОЦК-железе составила -1,19 эВ. Атомы кремния испытывают сильное взаимное отталкивание в первых двух координационных сферах, которое далее является спадающим. После третей координационной сферы отталкивание атомов становится близким к нулю. При растворении кремний не изменяет параметр ОЦК-решетки и не влияет на решетку железа. Магнитный момент атомов железа в первом окружении с 2,23 µB, уменьшается до 2,045 µB. Растворение 1,85 ат. % кремния приводит к уменьшению среднего магнитного момента на атом железа на 0,02 μB и снижению объемного модуля сжатия.
Бесплатно
Равновесие водяного газа с углеродом
Статья научная
Рассчитанные возможные параметры равновесия водяного газа с углеродом представлены поверхностью пространственной диаграммы в координатах x CO- x H2 - T, которую можно дополнить графиком проекций изотермических сечений поверхности на плоскость составов x CO- x H2. Рассмотрены различные способы получения газовой атмосферы, кислородный потенциал которой позволяет восстанавливать оксиды металлов. Наиболее технологически простым способом получения восстановительной по отношению к оксиду металла газовой смеси является нагревание водяного пара в контакте с углеродом. В этом случае состав получающегося водяного газа определяется только температурой нагрева. Максимальная концентрация водорода достигает x H2 ≈ 0,5 при нагревании H 2O - C до ~ 900 К, а при нагревании до температур выше 1100 К получается смесь газов-восстановителей с равными концентрациями x CO = x H2 = 0,5. При нагревании в контакте с углеродом смесей H 2O - CO 2 получается водяной газ, в котором уменьшается концентрация H 2 и увеличивается концентрация CO. Газовую атмосферу (Н 2 - Н 2О - СО - СО 2) любого состава можно получить нагреванием в контакте с углеродом смесей (Н 2 - СО). Образование CO 2 происходит в результате реакции диссоциации CO, а паров воды - в результате реакции Н 2 + СО 2 = Н 2О + СО. Предложена методика количественной оценки газификации углерода парами воды Н 2О и диоксидом СО2. Расчетами показано, что в зависимости от состава исходной газовой смеси и температуры реакции газификации C + CO 2 = 2CO и C + H 2O = CO + H 2 могут протекать в прямом и обратном направлениях.
Бесплатно
