Вагнеровский параметр взаимодействия азота с хромом в жидких сплавах на основе никеля

Предложена простая теория термодинамических свойств жидких растворов азота в сплавах системы Ni ‒Cr. Эта теория полностью аналогична теории для жидких растворов азота в сплавах системы Fe ‒Cr и Fe‒Mn, предложенных авторами ранее в 2019 и  2020  г. Теория основана на решеточной модели растворов Ni‒Cr. Предполагается модельная решетка типа ГЦК. В узлах этой решетки располагаются атомы никеля и хрома. Атомы азота располагаются в  октаэдрических междоузлиях. Атом азота взаимодействует лишь с  атомами металлов, находящимися в соседних с этим атомом узлами решетки. Это взаимодействие парное. Предполагается, что энергия этого взаимодействия не зависит ни от состава сплава, ни от температуры. Принимается, что жидкие растворы в системе Ni‒Cr являются совершенными. В рамках предложенной теории получено выражение для вагнеровского параметра взаимодействия азота с  хромом в  жидких сплавах на основе никеля. Правая часть соответствующей формулы представляет собой функцию отношения констант закона Сивертса для растворимости азота в жидких хроме и никеле. Значение этих констант для температуры 1873  К приняты равными K′(Cr)  =  15,2; K′(Ni)  =  0,0015  % (по массе). При этом получена оценка для вагнеровского параметра взаимодействия в сплавах на основе никеля   =  21,4. Это соответствует значению лангенберговского параметра взаимодействия  =  –0,105, что очень близко к экспериментальным оценкам   =  –0,108 для температуры 1873 К (Суровой и др., 1971 г.) и   =  –0,11 для температуры 1823 К (Стомахин и др., 
1965 г.).

1. Nicolas-Louis Vauquelin. French chemist. In: Encyclopedia Britannica. [Electronic resource]. Available at URL: https://www.britannica.com/biography/Nicolas-Louis-Vauquelin (Accessed

2. 06.2021).

3. Nichrome. Wikipedia. [Electronic resource]. Available at URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Nichrome (Accessed 30.06.2021).

4. Thomas G.P. The History of Stainless Steel – Celebrating 100 Years. [Electronic resource]. Available at URL: https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=8307 (Accessed 04.12.2021).

5. Chromium. Outlook to 2030, 17th Edition. Rosskill. [Electronic resource]. Available at URL: https://roskill.com/market-report/chromium/ (Accessed 30.06.2021).

6. Каблов Д.Е., Чабина Е.Б., Сидоров В.В., Мин П.Г. Исследование влияния азота на структуру и свойства монокристаллов жаропрочного никелевого сплава ЖС30-ВИ // Металловедение и термическая обработка металлов. 2013. № 8. С. 3‒7.

7. Sieverts A. Zur Kenntnis der Okklusion und Diffusion von Gasen durch Metalle // Zeitschrift für physikalische Chemie. 1907. Vol. 60. No. 2. P. 129‒201. https://doi.org/10.1515/zpch-1907-6009

8. Большов Л.А., Корнейчук С.К. Термодинамика жидких растворов азота в хроме // Известия вузов. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 5. C. 387‒ 393.https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-5-387-393

9. Schenck H., Frohberg M.G., Graf H. Untersuchungen über die Beeinflussung der Gleichgewichte von Stickstoff mit flüssigen Eisenlösungen durch den Zusatz weiterer Elemente (II) // Archiv für das

10. Eisenhüttenwesen. 1959. Vol. 30. No. 9. P. 533‒537.

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

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

13. С. 37‒45.

14. Федорченко В.И., Аверин В.В., Самарин А.М. Растворимость

15. азота в жидком никеле и расплавах Ni–Cr, Ni–Mo и Ni–W // Доклады Академии наук СССР. 1968. Т. 183. № 4. С. 894‒896.

16. Wada H., Gunji K., Wada T. Solubility of nitrogen in molten Fe–Ni and Fe–Cr alloys // Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan. 1968. Vol. 8. No. 10. P. 329‒336.

17. Lange K.W., Schenck H. Gas solubility measurements and derivation of inherent thermodynamic information // Metallurgical Transactions. 1970. Vol. 1. No. 7. P. 2036‒2038.

18. Суровой Ю.Н., Окороков Г.Н., Нефедова С.А. Растворимость

19. азота в расплавах железа и никеля с хромом // Доклады советских ученых на III советско-японском симпозиуме по физико-химическим основам металлургических процессов. М.: Институт металлургии им. А.А. Байкова, 1971.

20. Буцкий Е.В., Григорян В.А., Филиппов А.Ф., Топилин В.В.,

21. Краснова И.А. Растворимость азота в многокомпонентных сплавах на основе никеля // Известия вузов. Черная металлургия. 1975. № 1. С. 47‒51.

22. Kojima Ya., Inouye M., Yamada Yu. Solubility and diffusivity of nitrogen in liquid iron-nickel and iron-cobalt alloys at 1600 ℃ // Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan. 1975. Vol. 15.

23. No. 12. P. 599‒605.

24. Wada H., Pehlke R.D. Solubility of nitrogen in liquid Fe–Cr–Ni alloys containing manganese and molybdenum // Metallurgical Transactions B. 1977. Vol. 8. No. 4. P. 675‒682.

25. http://doi.org/10.1007/BF02658639

26. 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.

27. http://doi.org/10.1007/s11663-001-0097-4

28. Kowanda C., Speidel M.O. Solubility of nitrogen in liquid nickel and binary Ni–Xi alloys (Xi = Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co) under elevated pressure // Scripta Materialia. 2003. Vol. 48. No. 8. P. 1073‒1078. https://doi.org/10.1016/S1359-6462(02)00628-0

29. Qian K., Zhao P., Zhang M., Lin K. Solubility of nitrogen in liquid Ni, Ni–Nb, Ni–Cr–Nb, Ni–Fe–Nb and Ni–Cr–Fe–Nb systems // ISIJ International. 2019. Vol. 59. No. 12. P. 2220‒2227.

30. http://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2019-187

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

32. https://doi.org/10.2355/isijinternational1966.26.128

33. 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.

34. Pehlke R.D., Rizescu C. Solubility of nitrogen in molten heat-resistant alloys // Journal of the Iron and Steel Institute. 1971. Vol. 209. No. 10. P. 776‒778.

35. Вагнер К. Термодинамика сплавов. М.: Металлургиздат, 1957. 179 с.

36. Большов Л.А., Стомахин А.Я., Соколов В.М., Тетерин В.Г. О растворимости азота в многокомпонентных расплавах на основе никеля // Известия АН СССР. Металлы. 1984. № 5. С. 60‒62.

37. Люпис К. Химическая термодинамика материалов. М.: Металлургия, 1989. 503 с.

38. Lupis C.H.P., Elliott J.F. The relation between interaction coefficients ε and e // Transactions of the Metallurgical Society of AIME. 1965. Vol. 233. No. 1. P. 257‒258.

39. Abdulrahman R.F., Hendry A. Solubility of nitrogen in liquid nickel-based alloys // Metallurgical and Materials Transactions B. 2001. Vol. 32. No. 6. P. 1103‒1112.http://doi.org/10.1007/s11663-001-0098-3

40. Большов Л.А. Статистическая теория многокомпонентных и

41. малоконцентрированных сплавов. Дисс. … докт. физ.-мат.наук.

42. М.: МГУ, 1991. 496 с.