Термодинамика растворов кислорода в расплавах системы Ni–Co, содержащих марганец

Сплавы системы Ni – Co широко используются в современной технике. Марганец является одним из легирующих компонентов в этих сплавах. Вредной примесью в сплавах системы Ni – Co является кислород, который находится в металле как в растворенном виде, так и в виде неметаллических включений. Присутствие кислорода в этих сплавах приводит к снижению их служебных характеристик. Для практики производства сплавов представляет значительный интерес изучение термодинамики растворов кислорода в расплавах этой системы, содержащих марганец. Проведен термодинамический анализ растворов кислорода в расплавах системы Ni – Co, содержащих марганец. Определены константа равновесия реакции взаимодействии марганца с кислородом, растворенным в никель-кобальтовых расплавах, коэффициенты активности при бесконечном разбавлении и параметры взаимодействия в расплавах различного состава. При взаимодействии марганца с кислородом в расплавах системы Ni – Co оксидная фаза, помимо MnO, содержит NiO и CoO. Рассчитаны значения мольных долей MnO, NiO и CoO в оксидной фазе для различных содержаний марганца в расплавах системы Ni – Co при 1873 К. В случае расплава никеля уже при содержаниях марганца выше 0,1 % мольная доля оксида марганца близка к единице. По мере увеличения в расплаве содержания кобальта мольная доля оксида марганца в оксидной фазе снижается. В случае чистого кобальта она близка к единице при содержаниях марганца выше 0,7 %. Рассчитаны зависимости растворимости кислорода в изученных расплавах от содержания кобальта и марганца. В никель-кобальтовых расплавах марганец характеризуется высоким сродством к кислороду. Раскислительная способность марганца снижается по мере увеличения содержания кобальта в расплаве. В чистом кобальте она значительно ниже, чем в чистом никеле. Кривые растворимости кислорода в никель-кобальтовых расплавах, содержащих марганец, проходят через минимум, положение которого смещается в сторону более высоких содержаний марганца по мере увеличения содержания кобальта в расплаве. 

1. Ломберг Б.С. Сплавы для дисковых газотурбинных двигателей (ГТД). – В кн.: Машиностроение: Энциклопедия. Т. II-3. Цветные материалы и сплавы. Композиционные металлические материалы. – М.: Машиностроение, 2001. С. 553 – 562.

2. Пат. 2371495 РФ. Жаропрочный порошковый никелевый сплав / Г.С. Гарибов, А.В. Востриков, Н.М. Гриц, Е.А. Федоренко, А.М. Казберович, А.А. Иноземцев, И.Л. Андрейченко, Д.А. Карягин; заявл. 20.06.2008; опубл. 27.10.2009. Бюл. № 30.

3. Пат. 2410457 РФ. Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля / Г.С. Гарибов, Н.М. Гриц, А.А. Иноземцев, А.В. Востриков, Е.А. Федоренко, И.Л. Андрейченко, Г.И. Зубарев, Д.А. Карягин; заявл. 23.10.2009; опубл. 27.01.2011. Бюл. № 3.

4. Логунов А.В., Шмотин Ю.Н. Современные жаропрочные никелевые сплавы для дисков газовых турбин (материалы и технологии). – М.: Наука и технологии, 2013. – 264 с.

5. Sigworth G.K., Elliott J.F., Vaughn G., Geiger G.H. The thermodynamics of dilute liquid nickel alloys // Canadian Metallurgical Quarterly (The Canadian Journal of Metallurgy and Materials Science). 1977. Vol. 16-17. No. 1. P. 104 – 110.

6. Sigworth G.K., Elliott J.F. The thermodynamics of dilute liquid cobalt alloys // Canadian Metallurgical quarterly. 1976. Vol. 15. No. 2. P. 123 – 127.

7. Куликов И.С. Раскисление металлов. – М.: Металлургия, 1975. – 504 с.

8. Data from FToxid – FACT oxide databases; NiO – MnO, 1 atm. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.crct.polymtl.ca/fact/phase_diagram.php?file=Mn-Ni-O_MnO-NiO.jpg&dir=FToxid (Дата доступа 30 января 2019).

9. Dashevskii V.Ya., Katsnelson A.M., Makarova N.N., Grigorovitch K.V., Kashin V.I. Deoxidation Equilibrium of Manganese and Silicon in Liquid Iron-Nickel Alloy // ISIJ International. 2003. Vol. 43. No. 10. P. 1487 – 1494.

10. Белянчиков Л.Н. Универсальная методика пересчета значений параметров взаимодействия элементов с одной основы сплава на другую на базе теории квазирегулярных растворов. Часть II. Оценка параметров взаимодействия элементов в никелевых сплавах // Электрометаллургия. 2009. № 2. С. 29 – 38.

11. Белянчиков Л.Н. Оценка параметров взаимодействия, коэффициентов активности и теплот растворения элементов в сплавах на основе кобальта методом пересчета с их значений в сплавах железа // Электрометаллургия. 2009. № 4. С. 16 – 22.

12. Frohberg M.G., Wang M. Thermodynamic properties of sulphur in liquid copper-antimony alloys at 1473 K // Z. Metallkd 1990. Vol. 81. H. 7. S. 513 – 518.

13. Александров А.А., Дашевский В.Я. Термодинамика растворов кислорода в расплавах системы Ni – Co, содержащих хром // Металлы. 2016. № 4. С. 71 – 78.

14. 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.

15. Turkdogan E.T. Review paper: deoxidation of steel. – In: Chemical Metallurgy of Iron and Steel, Symposium 1971. – London: ISI. 1973. P. 153 – 170.

16. Steelmaking Data Sourcebook. – N.Y.-Tokyo: Gordon & Breach Science Publ., 1988. – 325 p.

17. Александров А.А., Дашевский В.Я. Термодинамика растворов кислорода в расплавах системы Fe – Co, содержащих марганец // Металлы. 2014. № 1. С. 3 – 11.

18. Hultgren R., Desai P.D., Hawkins D.T., Gleiser M., Kelley K.K. Selected values of the thermodynamic properties of binary alloys. – Ohio: Metals Park, Amer. Soc. Metals, 1973. – 1435 p.

19. Дашевский В.Я., Александров А.А., Леонтьев Л.И. Термодинамика растворов кислорода при комплексном раскислении расплавов системы Fe – Co // Изв. вуз. Черная металлургия. 2014. Т. 57. № 5. С. 33 – 41.