Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

НЕКОТОРЫЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ WO3 АЛЮМИНИЕМ

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-2-128-133

Полный текст:

Аннотация

Для практического применения с целью ресурсосбережения вольфрама большой интерес представляет технология дуговой наплавки порошковой проволокой, в которой в качестве наполнителей используются оксид вольфрама WO3 и восстановитель – алюминий. В работе по табличным термодинамическим данным реагентов проведена термодинамическая оценка вероятности протекания 14  реакций между ними в стандартных условиях в интервале температур 1500  –  3500  К. Этот интервал включает в себя температуру на поверхности капли на электроде в момент ее отрыва, а также температуры на периферии дуги и в верхних слоях наплавочной ванны. В качестве стандартных состояний для реагентов рассматривали WO3(тв), WO3(ж), WO3(г), Al(ref), Al(ж), Al(г), Al2(г), а в качестве возможных продуктов реакции и стандартных состояний для них W(ref), W(ж), W(г), Al2O3 (тв, ж), Al2O3 (ж), AlO(г), AlO2 (г), Al2O(г), Al2O2 (г). Реакции восстановления оксида записывали на 1 моль O2 . Вероятность протекания реакций оценивали по стандартной энергии Гиббса реакций. Расчеты проводили в четыре этапа. На первом и втором этапах расчета установили агрегатные состояния оксида и металла и структуру паров алюминия, в  которых оксид и металл имеют наибольшее химическое сродство друг к другу. На третьем и четвертом этапах расчета определили наиболее вероятное состояние для металлического вольфрама и наиболее вероятный состав и агрегатное состояние образующегося в результате алюминотермии оксида алюминия из Al2O3 (тв, ж), Al2 O3(ж), AlO(г), AlO2 (г), Al2O(г), Al2O2 (г). Согласно диаграмме состояния системы алюминий – вольфрам имеется целый ряд промежуточных соединений между вольфрамом и алюминием: W2 Al, WAl3 , WAl4 , WAl5 , WAl7 , WAl12 . Однако из термодинамических свойств имеются данные только по характеру плавления (конгруэнтное или инконгруэнтное) и  температуре превращения. Других термодинамических данных нет. Вместе с тем, основываясь на результатах работ по восстановлению оксида вольфрама углеродом и кремнием, можно прогнозировать, что алюминиды вольфрама будут обязательно образовываться. Проведенный термодинамический анализ показывает, что присутствие в используемой для наплавки порошковой проволоке наряду с оксидом вольфрама WO3 в качестве восстановителя алюминия обязательно приведет к протеканию восстановительных реакций с образованием алюминидов вольфрама, а возможно, и самого вольфрама. Оксид вольфрама в состоянии WO3 (г) имеет наивысшую реакционную способность. Алюминий в виде Al2 (г) и Al(г) обладает наивысшим химическим сродством к оксиду вольфрама WO3 (г). В качестве продукта окисления алюминия наиболее вероятно образование оксида Al2O(г).

Об авторах

P. E. Крюков
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия
к.т.н., доцент кафедры материаловедения, литейного и сварочного производства


Ю. В. Бендре
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия
к.х.н., доцент кафедры естественнонаучных дисциплин им. проф. В.М. Финкеля


В. Ф. Горюшкин
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия
д.х.н., профессор кафедры естественнонаучных дисциплин им. проф. В.М. Финкеля


Н. А. Козырев
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия
д.т.н., профессор, заведующий кафедрой материаловедения, литейного и сварочного производства


В. М. Шурупов
Сибирский государственный индустриальный университет
Россия
аспирант кафедры материаловедения, литейного и сварочного производства


Список литературы

1. Metlitskii V.A. Flux-cored wires for arc welding and surfacing of cast iron // Welding International. 2008. Vol. 22. P. 796 – 800.

2. Filippov M.A., Shumyakov V.I., Balin S.A., Zhilin A.S., Lehchilo V.V., Rimer G.A. Structure and wear resistance of deposited alloys based on metastable chromium-carbon austenite // Welding International. 2015. Vol. 29. P. 819 – 822.

3. Liu D.S., Liu R.P., Wei Y.H. Influence of tungsten on microstructure and wear resistance of iron base hardfacing alloy // Materials Science and Technology. 2013. Vol. 30. P. 316 – 322.

4. Kejžar R., Grum J. Hardfacing of Wear-Resistant Deposits by MAG Welding with a Flux-Cored Wire Having Graphite in Its Filling // Welding International. 2005. Vol. 20. P. 961 – 976.

5. Li. R., He D.Y., Zhou Z., Wang Z.J., Song X.Y. Wear and high temperature oxidation behavior of wire arc sprayed iron based coatings // Surface Engineering. 2014. Vol. 30. P. 784 – 790.

6. Ma H.R., Chen X.Y., Li J.W., Chang C.T., Wang G., Li H., Wang X.M., Li R.W. Fe-based amorphous coating with high corrosion and wear resistance // Surface Engineering. 2016. Vol. 46. P. 1 – 7.

7. Lim S.C., Gupta M., Goh Y.S., Seow K.C. Wear resistant WC-Co composite hard coatings // Surface Engineering. 1997. Vol. 13. P. 247 – 250.

8. Zhuk Yu. Super-Hard Wear-Resistant Coating Systems // Materials Technology. 1999. Vol. 14. P. 126 – 129.

9. Hardell J., Yousfi A., Lund M., Pelcastre L., Prakash B. Abrasive wear behaviour of hardened high strength boron steel // Tribology-Materials, Surfaces & Interfaces. 2014. Vol. 8. P. 90 – 97.

10. Deng X.T., Fu T.L., Wang Z.D., Misra R.D.K., Wang G.D. Epsilon carbide precipitation and wear behavior of low alloy wear resistant steels // Materials Science and Technology. 2016. Vol. 32. P. 320 – 327.

11. Osetkovskiy I.V., Kozyrev N.A., Kryukov R.E. Studying the Influence of Tungsten and Chromium Additives in Flux Cored Wire System Fe-C-Si-Mn-Mo-Ni-V-Co on Surfaced Metal Properties // Materials Science Forum. 2017. Vol. 906. P. 107 – 113.

12. Kozyrev N.А., Galevsky G.V., Kryukov R.Е., Titov D.А., Shurupov V.М. New materials for welding and surfacing // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 150. P. 1-8 (012031).

13. Gusev A.I., Kozyrev N.A., Usoltsev A.A., Kryukov R.E., Osetkovsky I.V. Study of the properties of flux cored wire of Fe-C-Si-Mn-Cr-Mo-Ni-V-Co system for the strengthening of nodes and parts of equipment used in the mineral mining // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017. Vol. 84. P. 1-8 (012018).

14. Самсонов Г.В., Винницкий И.М. Тугоплавкие соединения. – М.: Металлургия, 1976. – 560 с.

15. Пацекин В.П., Рахимов К.З. Производство порошковой проволоки. – М.: Металлургия, 1979. – 80 с.

16. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением / Под ред. Б.Е. Патона. – М.: Металлургия, 1974. – 768 с.

17. Choi J.H., Lee J., Yoo C.D. Dynamic force balance model for metal transfer analysis in arc welding // J. Phys. D: Appl. Phys. 2001. Vol. 34. P. 2658 – 2664.

18. Lu F., Wang H.P., Murphy A.B., Carlson B.E. Analysis of energy flow in gas metal arc welding processes through self-consistent three-dimensional process simulation // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2014. Vol. 68. P. 215 – 223.

19. Tashiro S., Zeniya T., Murphy A.B., Tanaka M. Visualization of fume formation process in arc welding with numerical simulation // Surface & Coatings Technology. 2013. Vol. 228. P. 301 – 305.

20. Козырев Н.А., Бендре Ю.В., Горюшкин В.Ф., Шурупов В.М., Козырева О.Е. Термодинамика реакций восстановления WO3 углеродом // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2016. № 2. С. 15 – 17.

21. Бендре Ю.В., Горюшкин В.Ф., Крюков Р.Е., Козырев Н.А., Шурупов В.М. Некоторые термодинамические аспекты восстановления вольфрама из оксида WO3 кремнием // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 6. С. 481 – 485.

22. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочник. Т. 1. Кн. 1 / Под ред. В.П. Глушко, Л.В. Гурвича и др. – М.: Наука, 1978. С. 22.

23. NIST-JANAF Thermochemical Tables 1985. Version 1.0 [Electronic resource]: data compiled and evaluated by M.W. Chase, Jr., C.A. Davies, J.R. Dawney, Jr., D.J. Frurip, R.A. Mc Donald, and A.N. Syvernd. – Режим доступа: http://kinetics.nist.gov/janaf (дата обращения 20.11.2018).

24. Hansen M., Anderko K. Constitution of binary alloys. 2nd ed. – McGraw Hill, New York, 1958. – 1287 p.


Для цитирования:


Крюков P.E., Бендре Ю.В., Горюшкин В.Ф., Козырев Н.А., Шурупов В.М. НЕКОТОРЫЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ WO3 АЛЮМИНИЕМ. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2019;62(2):128-133. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-2-128-133

For citation:


Kryukov R.E., Bendre Y.V., Goryushkin V.F., Kozyrev N.A., Shurupov V.M. SOME THERMODYNAMIC ASPECTS OF WO3 REDUCTION BY ALUMINUM. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2019;62(2):128-133. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-2-128-133

Просмотров: 14


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)