blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2015-1-54-60blackmet-134Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И НАНОТЕХНОЛОГИИMATERIAL SCIENCE AND NANOTECHNOLOGIESТЕРМОДИНАМИКА РАСТВОРОВ КИСЛОРОДА В РАСПЛАВАХ СИСТЕМ Fe – Ni, Fe – Co и Co – NiTHERMODYNAMICS OF OXYGEN SOLUTIONS IN THE Fe – Ni, Fe – Co AND Ni – Co MELTSДашевскийВ. Я.DashevskiiV. Ya.

д.т.н., заведующий лабораторией

Dr. Sci. (Eng.), Head of the Laboratory

vdashev@imet.ac.ruАлександровА. А.AleksandrovA. A.

к.т.н., старший научный сотрудник

Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher

ЛеонтьевЛ. И.Leont’evL. I.

академик РАН, главный научный сотрудник

RAS Academician, Chief Researcher

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАНРоссияInstitute of Metallurgy and Material Science named after Baikov A.A., RASRussian Federation2015220320155815460Copyright © Дашевский В.Я., Александров А.А., Леонтьев Л.И., 20152015Дашевский В.Я., Александров А.А., Леонтьев Л.И.Dashevskii V.Y., Aleksandrov A.A., Leont’ev L.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/134

Проведен термодинамический анализ растворов кислорода в расплавах систем Fe – Ni – O, Fe – Co – O, Co – Ni – O. Впервые получены состав оксидной фазы и значения равновесных концентраций кислорода в расплавах этих систем во всем диапазоне составов сплавов. В системах Fe – Ni – O и Fe – Co – O по мере увеличения содержания никеля и кобальта в расплавах оксидная фаза содержит, в основном, FeO в достаточно широком диапазоне содержаний никеля и кобальта. Только при мольной доле никеля, близкой к единице, и мольной доле кобальта больше 0,8 резко возрастает содержание NiO и CoO соответственно. В системе Co – Ni – O в оксидной фазе содержится как CoO, так и NiO во всем диапазоне составов сплавов. В системах Fe – Ni и Fe – Co добавки никеля и кобальта в расплав приводят к снижению растворимости кислорода за счет ослабления как никелем, так и кобальтом связей кислорода в расплаве и повышения тем самым его активности. Далее, по мере увеличения содержания никеля и кобальта, концентрация кислорода в расплаве возрастает сначала медленно, а затем весьма резко. В системе Co – Ni добавки никеля к кобальту приводят к повышению растворимости кислорода во всем диапазоне составов сплавов в связи с существенно большей растворимостью кислорода в никеле, чем в кобальте.

Thermodynamic analysis of oxygen solutions in the Fe – Ni – O, Fe – Co – O, Co – Ni – O melts was determined. Composition of the oxide phase and the value of the equilibrium oxygen concentration in the melt of those systems were fi rst time obtained in a whole range of alloy compositions. In Fe – Ni – O and Fe – Co – O systems with increasing content of nickel and cobalt in the melts the oxide phase contains mainly FeO in a suffi ciently wide range of content of nickel and cobalt. Only when the mole fraction of nickel is close to unity and the mole fraction of cobalt is more than 0.8, content of NiO and CoO increases sharply. Oxide phase of Co – Ni – O system contains CoO and NiO in the entire range of alloy compositions. In the Fe – Ni and Fe – Co systems nickel and cobalt additives in the melt lead to decreased solubility of oxygen due to the attenuation, both nickel and cobalt, oxygen bonds in the melt and thus increases its activity. Further, by increasing the content of nickel and cobalt, the oxygen concentration in the melt increases slowly at fi rst and then quite rapidly. In Co – Ni system nickel additives to cobalt lead to increasing solubility of oxygen in the whole range of alloy compositions due to a substantially greater solubility of oxygen in nickel than in cobalt.

железоникелькобальткислородтермодинамический анализоксидная фазарастворимость кислородаironnickelcobaltoxygenthermodynamic analysisoxide phasesolubility of oxygenРФФИRFBRReferencesSteelmaking Data Sourcebook. N.Y.-Tokyo: Gordon & Breach Science Publ. 1988. – 325 p.Steelmaking Data Sourcebook. N.Y.-Tokyo: Gordon & Breach Science Publ., 1988. 325 p.Sigworth G.K., Elliott J.F., Vaughn G., Geiger G.H. The thermodynamics of dilute liquid nickel alloys // Metallurgical Soc. CIM. 1977. Annual Volume. P. 104 – 110.Sigworth G.K., Elliott J.F., Vaughn G., Geiger G.H. The thermodynamics of dilute liquid nickel alloys. Metallurgical Soc. CIM. 1977. Annual Volume, pp. 104–110.Sigworth G.K., Elliott J.F. The thermodynamics of dilute liquid cobalt alloys // Canadian Metallurgical quarterly. 1976. Vol. 15. No 2. P. 123 – 127.Sigworth G.K., Elliott J.F. The thermodynamics of dilute liquid cobalt alloys. Canadian Metallurgical quarterly. 1976. Vol. 15, no. 2, pp. 123–127.К уликов И.С. Раскисление металлов. – М.: Металлургия, 1975. – 504 с.Kulikov I.S. Raskislenie metallov [Deoxidation of metals]. Moscow: Metallurgiya. 1975. 504 p. (In Russ.).Hultgren R., Desai P.D., Hawkins D.T. etc. Selected Values of the Thermodynamic Properties of Binary Alloys. Metals Park, Ohio: Amer. Soc. Metals. 1973. – 1435 p.Hultgren R., Desai P.D., Hawkins D.T. etc. Selected Values of the Thermodynamic Properties of Binary Alloys. Metals Park, Ohio: Amer. Soc. Metals, 1973. 1435 p.Вагнер К. Термодинамика сплавов. – М.: Металлургиздат, 1957. – 179 с.Wagner Carl. Thermodynamics of alloys. Cambridge, Addison-Wesley press, 1952. (Russ.ed.: Wagner C. Termodinamika splavov. Moscow: Metallurgizdat. 1957. 179 p.).Кубашевский О., Олкокк К.Б. Металлургическая термохимия. – М.: Металлургия, 1982. – 392 с.Kubaschewski O., Alcock C.B. Metallurgical Thermochemistry. Oxford, New York, Pergamon Press. 1967. (Russ. ed.: Kubaschewski O., Alcock C.B. Metallurgicheskaya termokhimiya. Moscow: Metallurgiya, 1982. 392 p.).Григорян В.А., Белянчиков Л.Н., Стомахин А.Я. Теоретические основы электросталеплавильных процессов. – М.: Металлургия, 1987. – 272 с.Grigoryan V.A., Belyanchikov L.N., Stomakhin A.Ya. Teoreticheskie osnovy elektrostaleplavil’nykh protsessov [Theoretical foundations of electrical steelmaking processes]. Moscow: Metallurgiya. 1987. 272 p. (In Russ.).Аверин В.В., Поляков А.Ю., Самарин А.М. Растворимость и активность кислорода в жидких железе, никеле, кобальте и их сплавах // Изв. АН СССР. Отделение технических наук. 1957. № 8. С. 120 – 122.Averin V.V., Polyakov A.Yu., Samarin A.M. Solubility and activity of oxygen in molten iron, nickel, cobalt and their alloys. Izv. AN SSSR. OTN. 1957, no. 8, pp. 120–122. (In Russ.).Дашевский В.Я. Физико-химические основы раскисления железоникелевых сплавов. – М.: Физматлит, 2011. – 152 с. 11. Frohberg M.G., Wang M. Thermodynamic properties of sulphur in liquid copper-antimony alloys at 1473 K // Z. Metallkd. 1990. Vol. 81. Nо. 7. P. 513 – 518.Dashevskii V.Ya. Fiziko-khimicheskie osnovy raskisleniya zhelezonikelevykh splavov [Physicochemical basis of deoxidation of Iron-Nickel melts]. Moscow: Fizmatlit. 2011. 152 p. (In Russ.).Chiang T., Chang Y.A. The activity coeffi cient of oxygen in binary liquid metal alloys // Metall. Trans. 1976. Vol. 7B. P. 453 – 457.Frohberg M.G., Wang M. Thermodynamic properties of sulphur in liquid copper-antimony alloys at 1473 K. Z. Metallkd. 1990. Vol. 81, no. 7, pp. 513–518.Ishii F., Ban-ya S. Deoxidation Equilibrium of Silicon in Liquid Nickel-Copper and Nickel-Cobalt Alloys // ISIJ International. 1993. Vol. 33. No 2. P. 245 – 250.Chiang T., Chang Y.A. The activity coeffi cient of oxygen in binary liquid metal alloys. Metall. Trans. 1976. Vol. 7B, pp. 453–457.Дашевский В.Я., Александров А.А., Леонтьев Л.И. Термодинамика растворов кислорода при комплексном раскислении расплавов системы Fe – Co // Изв. вуз. Черная металлургия. 2014. № 5. С. 33 – 41.Ishii F., Ban-ya S. Deoxidation Equilibrium of Silicon in Liquid Nickel-Copper and Nickel-Cobalt Alloys. ISIJ International. 1993. Vol. 33, no. 2, pp. 245–250.Dashevskii V.Ya., Aleksandrov A.A., Leont’ev L.I.Thermodynamics of oxygen solutions in complex deoxidation of the Fe–Co melts. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya – Ferrous Metallurgy. 2014, no. 5, pp. 33–41. (In Russ.).Dashevskii V.Ya., Aleksandrov A.A., Leont’ev L.I.Thermodynamics of oxygen solutions in complex deoxidation of the Fe–Co melts. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya – Ferrous Metallurgy. 2014, no. 5, pp. 33–41. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.