Растворимость кислорода в расплавах системы Ni – Co, содержащих бор

Сплавы системы Ni – Co находят широкое применение в промышленности. Бор является одним из легирующих компонентов в этих сплавах. Для практики производства сплавов представляет значительный интерес изучение термодинамики растворов кислорода в расплавах системы Ni – Co, содержащих бор. Проведен термодинамический анализ растворов кислорода в расплавах системы Ni – Co, содержащих бор. Определены константа равновесия реакции взаимодействия бора с кислородом, растворенных в никелькобальтовых расплавах, коэффициенты активности при бесконечном разбавлении и параметры взаимодействия в расплавах различного состава при 1873 К. Рассчитаны значения параметров взаимодействия = –0,238 и = 0,674. При взаимодействии бора с кислородом в расплавах системы Ni – Co оксидная фаза помимо B₂O₃ содержит оксиды NiO и CoO. Рассчитаны значения мольных долей B₂O₃, NiO и CoO в оксидной фазе для различных концентраций бора в расплавах системы Ni – Co при 1873 К. В случае расплава никеля при содержаниях бора выше 0,01 % мольная доля оксида бора близка к единице. По мере увеличения в расплавах содержания кобальта до 20 % мольная доля оксида бора в оксидной фазе уменьшается, а затем практически не меняется. Рассчитаны зависимости растворимости кислорода в изученных расплавах от содержания кобальта и бора. Раскислительная способность бора незначительно уменьшается с увеличением содержания кобальта до 20 %, а далее возрастает по мере увеличения содержания кобальта в расплаве. Определены содержания бора в точках минимума на кривых растворимости кислорода и соответствующие им минимальные концентрации кислорода.

никель-кобальтовые расплавы, кислород, бор, термодинамический анализ, оксидная фаза, мольная доля, параметры взаимодействия, растворимость

1. Nickel, Cobalt, and Their Alloys / Ed. J.R. Davis. – ASM International – Materials Park, OH, USA, 2000. – 422 p.

2. Reed R.C. The Superalloys. Fundamentals and Applications. – Cambridge: University Press, 2006. – 372 p.

3. Логунов А.В., Шмотин Ю.Н. Современные жаропрочные никелевые сплавы для дисковых газовых турбин (материалы и технологии) / Под. ред. С.Б. Масленкова. – М.: Наука и технологии, 2013. – 264 с.

4. Лякишев Н.П., Плинер Ю.Л., Лаппо С.И. Борсодержащие стали и сплавы. – М.: Металлургия, 1986. – 192 с.

5. Бокштейн С.З., Василенок Л.Б., Каблов Е.Н., Радин И.В., Рябова Г.Г. Микролегирование бором и структурная стабильность никелевых сплавов // Металлы. 1986. № 6. С. 137 – 141.

6. Diabb J., Juárez-Hernandez A., Colas R., Castillo A.G., GarcíaSanchez E., Hernandez-Rodriguez M.A.L. Boron influence on wear resistance in nickel-based alloys // Wear. 2009. Vol. 267. No. 1-4. P. 550 – 555.

7. Stahleisen Verlag; Eisenhüttenleute Verein Deutscher. – Düsseldorf: Verlag Stahleisen GmbH, 1995. – 634 p.

8. Turkdogan E.T. Physical Chemistry of High Temperature Technology. – New York: Academic Press, 1980. – 447 p.

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

10. Куликов И.С. Термодинамика оксидов. – М.: Металлургия, 1986. – 344 с.

11. Seetharaman S. Fundamentals of Metallurgy. – Cambridge: Woodhead Publ., 2005. – 576 p.

12. 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.

13. Turkdogan E.T. Fundamentals of Steelmaking. – Leeds: Maney Publ., 2010. – 345 p.

14. Александров А.А., Дашевский В.Я., Леонтьев Л.И. Термодинамика растворов кислорода в расплавах системы Fe – Ni, содержащих бор // Изв. вуз. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 3. С. 201 – 210.

15. Sigworth G.K., Elliott J.F., Vaughn G., Geiger G.H. The Thermodynamics of dilute liquid nickel alloys // Metallurgical Soc. CIM. 1977. Annual Volume. Vol. 16. No. 1. P. 104 – 110.

16. 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.

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

18. Frohberg M.G., Wang M. Thermodynamic properties of sulfur in liquid copper-antimony alloys at 1473 K // Z. Metallkd. 1990. Vol. 81. No. 7. S. 513 – 515.

19. Lupis C.H.P. Chemical Thermodynamics of Materials. – New-York; North-Holland: Elsevier Science Publ., 1983. – 581 p.

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

21. 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.

22. Белянчиков Л.Н. Универсальная методика пересчета значений параметров взаимодействия элементов с одной основы сплава на другую на базе теории квазирегулярных растворов. Часть I. Теоретические основы и адекватность модели пересчета // Электрометаллургия. 2009. № 1. С. 23 – 29.

23. Энциклопедический словарь по металлургии. Справочное издание. В 2-х т. Т. 1. / Под ред. Н.П. Лякишева. – М.: Интермет Инжиниринг, 2000. – 412 с.

24. Снитко Ю.П., Суровой Ю.Н., Лякишев Н.П. О связи параметров взаимодействия с атомными характеристиками компонентов // ДАН. 1983. Т. 268. № 5. С. 1154 – 1156.

25. Hino M., Ito K. Thermodynamic Data for Steelmaking. – Tohoku University Press, Sendai, 2010. – 264 p.

26. Дашевский В.Я., Александров А.А., Леонтьев Л.И. Термодинамика растворов кислорода в расплавах Ni – Co, содержащих марганец // Изв. вуз. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 6. С. 475 – 483.

27. Александров А.А., Дашевский В.Я. Термодинамика растворов кислорода в расплавах системы Ni – Co, содержащих кремний // Изв. вуз. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 2. С. 163 – 167.

28. Александров А.А., Дашевский В.Я. Растворимость кислорода в расплавах системы Ni – Co, содержащих титан // Металлы. 2018. № 6. С. 81 – 87.

29. Александров А.А., Дашевский В.Я., Леонтьев Л.И. Термодинамика растворов кислорода в расплавах системы Ni – Co, содержащих алюминий // Металлы. 2017. № 4. С. 58 – 62.

30. Miki T. Dilute Solutions // Treatise on Process Metallurgy, Vol. 1: Process Fundamentals / Ed. S. Seetharaman. – Elsevier Ltd., 2014. P. 557 – 585.

31. Ishii F., Ban-ya S., Hino M. Thermodynamics of the deoxidation equilibrium of aluminum in liquid nickel and nickel-iron alloys // ISIJ International. 1996. Vol. 36. No. 1. P. 25 – 31.

32. 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.