ТЕРМОДИНАМИКА ЖИДКИХ РАСТВОРОВ АЗОТА В ХРОМЕ

 Предложена простая теория термодинамических свойств жидких растворов азота в сплавах системы Fe – Cr. Эта теория основана  на решеточной модели рассматриваемых растворов. Предполагается модельная решетка типа ГЦК. В узлах этой решетки располагаются  атомы железа и хрома. Атомы азота размещаются в октаэдрических междоузлиях. Атом азота взаимодействует лишь с атомами металлов, находящимися в соседних с этим атомом узлах решетки. Предполагается, что энергии этого взаимодействия не зависят ни от состава, ни  от температуры. Принимается, что жидкие растворы в системе Fe – Cr являются совершенными. В рамках предложенной теории получено  соотношение, которое выражает значение константы закона Сивертса для растворимости азота в жидком хроме через значение аналогичной константы для растворимости азота в жидком железе и значение вагнеровского параметра взаимодействия N – Cr в жидких сплавах  на основе железа. Также получено соотношение, выражающее значение парциальной энтальпии растворения азота в жидком хроме при  образовании бесконечно разбавленного раствора через значение аналогичной величины для растворов азота в жидком железе и вагнеровский параметр взаимодействия N – Cr в жидких сплавах на основе железа. Выведено выражение, устанавливающее связь вагнеровского  параметра взаимодействия N – Fe в жидких сплавах на основе Cr c аналогичным параметром N – Cr в жидких сплавах на основе железа. С помощью полученных формул рассчитаны значения константы закона Сивертса для растворимости азота в жидком хроме, значение энтальпии растворения азота в жидком хроме при образовании бесконечно разбавленного раствора, значение вагнеровского параметра взаимодействия N – Fe в жидких сплавах на основе хрома, экстраполированные на температуру 1873 К. Проведено сравнение результатов  расчета с результатами экспериментального изучения растворимости азота в жидком хроме и сплавах Cr – Fe, проведенного различными авторами по разным методикам. Наилучшим образом результаты теории согласуются с экспериментальными данными, полученными  методом закалки образцов. Обсуждены значения вагнеровского параметра взаимодействия N – N в жидких сплавах на основе хрома и на  основе железа.  

1. Dumas M. Recherchessur la composition de l’eau(1) // Annales de chemie et de physique. 3 sèrie. 1843. Vol. 8. P. 189 – 207.

2. Sieverts A. Zur kenntis der okklusion und diffusion von gasen in metalle // Zeitschrift für physikalische Chemie. 1907. Bd. 60. No. 2. S. 129 – 201.

3. Humbert J.C., Elliott J.F. The solubility of nitrogen in liquid FeCr-Ni alloys // Transactions of the Metallurgical Society of AIME. 1960. Vol. 218. No. 10. P. 1076 – 1088.

4. Ishii F., Iguchi Ya., Ban-ya Sh. Solubility of nitrogen in liquid chromium and chromium-iron alloy // Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan. 1986. Vol. 26. No. 2. P. 128 – 132.

5. Помарин Ю.М., Григоренко Г.М., Шеревера А.В. Абсорбция азота высокохромистыми расплавами и жидким хромом при повышенном давлении // Известия АН СССР. Металлы. 1990. № 5. С. 40 – 45.

6. Siwka J. Solubility of nitrogen in liquid chromium // Archives of Metallurgy. 1998. Vol. 43. No. 1. P. 67 – 82.

7. Kor C.J.W. The solubility of nitrogen in liquid manganese // Metallurgical Transactions. B. 1978. Vol. 9. No. 2. P. 97 – 99.

8. Blossey R.G., Pehlke R.D. Solubility of nitrogen in liquid Co alloys // Transactions of the Metallurgical Society of AIME. 1966. Vol. 236. No. 1. P. 28 – 32.

9. Стомахин А.Я., Байер П., Поляков А.Ю. Растворимость азота в жидком никеле и в сплавах никеля с хромом, молибденом и вольфрамом // Известия АН СССР. Металлы. 1965. № 4. С. 37 – 45.

10. Abdulrahman R.F., Hendry A. The solubility of nitrogen in liquid pure nickel // Metallurgical and Materials Transactions. B. 2001. Vol. 32. No. 6. P. 1095 – 1101.

11. Kowanda C., Speidel M.O. Solubility of nitrogen in liquid nickel and binary Ni-X i alloys ( X i = Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co) under elevated pressure // Scripta Materialia. 2003. Vol. 48. No. 8. P. 1073 – 1078.

12. Рашев Ц. Высокоазотистые стали. Металлургия под давлением. – София: Изд-во Болгарской АН «М. Дринов», 1995. – 268 с.

13. Явойский В.И., Свяжин А.Г., Чурсин Г.М., Вишкарев А.Ф. Термодинамика и кинетика взаимодействия азота с расплавами железа // Сб. «Доклады советских ученых на III советско-японском симпозиуме по физико-химическим основам металлургических процессов». – М.: Институт металлургии им. А.А. Байкова, 1971.

14. Лакомский В.И., Григоренко Г.М., Торхов Г.Ф., Помарин Ю.М. Влияние хрома и никеля на растворимость азота в сплавах железа при высоких температурах // Сб. «Доклады советских ученых на III советско-японском симпозиуме по физико-химическим основам металлургических процессов». – М.: Институт металлургии им. А.А. Байкова, 1971.

15. Большов Л.А. О растворимости азота в жидких многокомпонентных сплавах железа с переходными металлами // Изв. вуз. Черная металлургия.1982. № 1. С. 8 – 10.

16. Большов Л.А. Статистическая теория многокомпонентных и мало концентрированных сплавов: Дис. … докт. физ.-мат. наук. – М.: МГУ, 1991. – 496 с.

17. Вагнер К. Термодинамика сплавов. – М.: Металлургия, 1957. – 179 с.

18. Григорян В.А., Белянчиков Л.Н., Стомахин А.Я. Теоретические основы электросталеплавильных процессов. – М.: Металлургия, 1987. – 272 с.

19. Люпис К. Химическая термодинамика материалов. – М.: Металлургия, 1989. – 504 с.

20. Turnock H.H., Pehlke R.D. The solubility of nitrogen in multicomponent liquid iron alloys // Transactions of the Metallurgical Society of AIME. 1966. Vol. 236. No. 11. P. 1540 – 1547.

21. Физико-химические расчеты электросталеплавильных процессов / В.А. Григорян, А.Я. Стомахин, Ю.И. Уточкин и др. – М.: МИСиС, 2007. – 318с.

22. Салли А., Брэндз Э. Хром. – М.: Металлургия, 1971. – 360 с.

23. Marchenko L.G., Guglya A.G. Computer simulations of transient layer chemical composition in Cr-N films obtained by ion beam assisted deposition. // Вопросы атомной науки и техники. 2001. № 4. C. 137 – 139.

24. Рашев Ц., Иванов Р., Саръиванов Л., Андреев Ч. Изследоване разтворимостта на азота в течни железо-хромови сплави под налягане // Металлургия (София). 1976. T. 31. № 6. С. 8 – 10.

25. Bolshov L.A., Bogdanov V.I., Gorbunov V.A. Wagner’s nitrogennitrogen interaction coefficient in iron-based liquid alloys // Journal of Physics: Conference Series. 2008. Vol. 98. 032019.

26. Oda K., Fujimura H., Ino H. Local interaction in carbon-carbon and carbon-M (M: Al, Mn, Ni) atomic pairs in FCC γ–iron // Journal of Physics: Condensed Matter. 1994. Vol. 6. No. 3. P. 679 – 692.

27. Большов Л.А., Богданов В.И., Горбунов В.А. Термодинамический анализ данных по растворимости азота в гамма-железе под высоким давлением // Физика металлов и металловедение. 2009. Т. 107. № 6. С. 591 – 598.

28. Нечаев Ю.С., Омельченко А.В. Растворимость молекулярного азота в аустените // Журнал физической химии. 1995. Т. 69. № 9. С. 1556 – 1561.