Введение к работе
Актуальность теш. Для ускорения научно-технического прогресса предусматривается пошпение технического уровня производства на важнейшх направленнях, б том числе "... развитие технологии производства и обработки ношх материалов" ("Основные направления экономического и социального развития СССР на 1986--1990 годы и на период до 2000 года"). По Таджикской ССР предусматривается (см. тамге): "Обеспечить дальнейшее развитие Ежно--Тадяикского территориально- производственного комплекса. Ввести в действие -«опрости на Рогунской и начать строительство Сангту-дннскей ГЭС, продолжить сооружение Яванского электрохимического и заверить строительство Таджикского алюмингевого заводов".
Для создания нових материалов существует два направления: получение материалов нового состава, а тагам улучшение свойств материалов путем их модифицирования и легирования различными элементами Периодической систеиы.
Для создания новых материалов и внедрения их з практику вовлекаются все новые элемента и соединения, многообразней и слозгней становятся составы сплавов, расширяется диапазон условий, в котором они должны работать. Для ото?о необходимо иметь сведения о диаграммах состояния. Однако, традиционный метод построения диаграмм состояния требует длительных и трудоемких экспериментов. Все это шнукдает создавать и внедрять более элективные и экономичные методи построения диаграмм состояния. Поэтому разрабатываются различные методы расчета и прогноза к новые экспериментальные методы изучения двух- и многокомпонентных систем. Так как именно они составляю? современную теоретическую основу разработки новых материалов с заданными свойствами.
Наметилось расширение применения композиций и сплавов це-чочноземелыых металлов (фЮ (в СССР - начиная с разработок І.В.Вахобова) особенно в таких областях как радиоэлектроника, ітомная энергетика, химическая технология и металлургия. Высокая )еакционная способность !ДЗМ открывает возможность использования їх в качестве газопоглотителей (геттеров) в электровакуумной тех-мке, а тагсзсе - восстановителей радиоактивных и редкоземельных еталлов из их оксидов для атомной энергетики и химической тех-
нологии. Другие свойства І^ЗИ обеспечивают их применение в качестве модифицирующих и легирутерос добавок в металлургии.
Имеется еще много элементов, с которыми взаимодействие HJ3M не изучено. Известно, что на взаимодействие элементов и, следовательно, на виде соответствующих диаграмм состояния сказывается чистота элементов. Поэтому ранее изученные диаграммы состояния необходхио лсследоваг1 вновь с применением особо чистых ОЗМ.
В развитии теории и практики современного состояния взаимодействия компонентов:
эмпирических и статистических критериев;
систематизации химических соединений;
термодинамической оценки;
методов построения границ фазовых областей в приближении различных моделей растворов;
электронной теории и т.п.
больлус роль сыграли советские и зарубежные ученые: Н.В.Агеев, И.Л.Аптекарь, Б.П.Бурклев, А.К.Бескровный, В.Н.Вигдорович, В.М.Воздзкхенский, Г.Д.Воронин, В.U.Глазов, В.К.Григорович, П.В.Гельд, Н.А.Горюнова, В.И.Данилов, О.А.Есин, Н.С.Курнаков, Д.С.Каыенецкая, И.И.Корнилов, Г.U.Кузнецов, Д.И.Менделеев, Б.Я.Пинес, Е.И.Савицкий, Бриллсэн, Беннет, Бернстейн, Гильде-бранд, Гурри, Даркен, Дефэй, Кубадевский, Кауфман, Лавес, Мотт, Пригожий, Свелин, Юм-Роэери и ряд других.
В настоящее время построение диаграмм состояния и разработка нових материалов с участием щелочноземельных металлов невозможна без использования рекомендаций этих исследований. При этом требовалось применительно к ЩЗМ использовать и усовершенствовать метода физико-химического анализа (химический, микроструктурный, электронно-микроскопический, рентгенофазовый, электронно-графический и дифференциально-термический, а также метод измерения микрствердости).
Однако, современное состояние исследования диаграмм фазовых равновесий и взаимодействия щелочноземельных металлов с редкоземельными металлами (РЗІІ) в их двух- и многокомпонентных системах характеризуется отсутствием единой методики изучения и однозначного подхода к эксперименту, прогнозу и расчету этих систем. Это, в первую очередь, объясняется трудностями исследования хид-коыеталлических расслаивавшихся систем, к которым они относятся.
Практика решения этих проблем показала практическую целесообразность взаимного дополнения статистических методов, приближения идеальных, регулярных и электронной теории растворов, а также вычислительной техники в сочетании с экспериментом. Все это позволило сократить сроки разработок новых материалов и резко повысить эффективность использования природных ресурсов.
Естественно, что завернениеы работы яЕилась разработка композиций и сплавов ка основе систем "ирЫ-элемент" и "ьрії-алю-миннй-злеиент", исследования их физико-химических свойств с выявлением мшх областей применения ЦЗМ.
Представленная работа является обобщением теоретических и экспериментальных исследований, проводюых в лаборатории ''Ыетал--лургия металлов еысокой чистота и прецизионных сплавов1' в 1968--1990 гг. Работы проводились в соотвэтстзии с координационными планами развития народного хозяйства Таджикской ССР (Тема )р 534.2.21), в которых автор принимал участие в качестве исполнителя, а в дальнейшем - ответственного исполнителя под общим руководством профессора, доктора технических наук А.З.Вахсбова.
Цель работы. В связи с вышеизложенным основной целью диссертационной работы является соэдатае физико-химических основ исследования,, разработки и применения композиций (т.е. легированных химических соединений) и сплавов ЇЇ31! для использования значительных запасов фИ в народном хозяйстве Таджикской ССР и СССР.
Достижение.постааченной цели складывалось из решения следующих задач:
прогноз характера взаимодействия по различным критериям в двух- и трехкоипонентных системах, образованных ІІЗМ, алюминием,. редкоземельными металлазда (РЗМ) и др. металлами, и его экспериментальное обоснование;
систематика двухксмпонентных хіпшческих соединений ЦЗИ с элементами Периодической системы;
оценка термодинамических свойств соединений и сплавов IL.'
расчет границ фязсЕьгх областей диаграмм состояния двух- и грехкомпоненткнх систем ІІ0И с алюминием, РЗМ и др. кеталлаед;
освоение, использование и совершенствование приемов обращения и физико-химического анализа для композиций и сплавов ПРМ;
экспериментальное исследование двухкомпонентных систем
- б -
"фЫ-эленент" (где элемент4 - свинец, сурьма, селен, тЬадур, титан) и "фМ-аломиний" и "фа-РЗМ";
систематизация диаграмм состояния двухкомлонентных систем "фМ-элемент", анализ их диаграмм состояния и выявление закономерностей;
экспериментальное исследование трехкомлонентнах систем "фМ-агасминкЯ-элеыент" (где элемент - магний, марганец и кремний, с также барий, если фЫ - стронций) и "фЫ-алхмикий-РЗМ";
систематизация диаграмм состояния трехкошонентних систем, кх анализ и выявление закономерностей;
разработка и применение композиций к сплавов на основе ЦЗМ с алюминием, F2U к др. металлами.
Научная новизна. В работе получена следующие ноше научше результаты.
Установлен характер физико-химического взаимодействия по различила критериям а двух- и трехкошонентних системах, образованных кальциеи, сіронцием к бариєи, йлхкінием, F3M и др. металлами.
Систеиатиэиров&ш двухкоылоненткые химические соединения кальция, стронция и бария.
Осуществлена оценка термодинамических свойств соединений и сплавов ЩЗИ с элементами Периодической систеш (теплоемкость, остро пил и энтальпия плавления - для 345-ти соединений; экталь-пии образования - для Ї45-ти)".
Предложен метод расчета температур аллотропных превращений мзталлов, вычислены и уточнены температуры плавления и аллотропных превращений кальция, стронция и бария.
Осущестатен расчет границ фачоЕЬЖ областей 87-ім двухком-понентных и 60-ти трехкошонентньм систеы, образованных кальциеи, стронцием, барием, KSU и др. металлами.
Экспериментально построено кО диаграмм состояния двухксы-понектных систем "ЦрМ-элемент".
Экспериментально установлено образование 39-ти двухкомпо-нєнтішх химических соединений (соответствующих прогнозам), 15 из которых были ранее известны.
Систематизированы диаграммы состояния двухкоипонентных систеы "цЗМ-элемент" и выявлены закономерности изменения диаграмм состояния кальция, стронция и бария с элементами Периодической системы.
Экспериментально построено 5 диаграмм состояния трехкомпо-нектньк систем ',ЩЗИ-aлшиmй-элeмeнт,,.
Экспериментально построены 5 диаграмм состояния трехкомпо-иентньпс систем "ЩЗМ-алшиний-РЗИ". Построенные диаграммы систематизированы и выявлены закономерности (закономерности распространены на 36 неизученных систем).
Накоплен опыт обращения с композициями я сплавами ЩЗМ и применения к ним методов физико-химического анализа. Измерены давления пара ЩЗМ над жидкими и твердыми сплавами (на примере давления стронция над сплавами "стронций-алюминий'' и бария над сплавами "барий-алшиний"). Установлено влияние-элементов Периодической г.ис-еш, на такие свойства ЩШ как коррозионная стойкость, "їжод в зеркало", газовыделение и газ о поглощение. Оценена растворимость ЩЗМ в алюминии в присутствии РЗМ.
Практическое значение. Разработан и внедрен метод синтеза композиций и сплавов в двух- и трехксмпонентных системах "1Ш--элемент" и "ирМ-алюмнкий-элемент" (в экепериментально-произбод-ственнсй лаборатории СНТБ АН Таджикской ССР).
Разработаны и внедрены аппарат и метод промышленного приго-тоатения композиций и сплавов на основе При (на Исфаринском гид-рометаллургическоы заводе).
Разработаны композиции на основе химических 'соединений систем "стронций-ашзминяй" и "барий-алюминий" с легиругацими добавками для применения в качестве газопоглотителя в электровакуумной технике (испытания проведены на НПО "МЭЛЗ" и на заведе "Эмитрон").
Разработано более 20 составов сплавов-лигатур на основе двух- и трехкошонентных систем, образованных ІірМ, алэмнняем, РЗЫ и др. металлами,для модифицирования и легирования промпзлек-ных литейных алюминиевых и магниевых сплавов.
Разработаем легкоплавкие лигатуры на основе трехкомпенент-ной системы "стронций-алюкиний-марганец", позволяющие объединить процессы модифицирования стронцием и легирования марганцем в одну технологическую операцию (испытания проведены на предприятии г/я В-8996).
Разработанные лигатуры прошли опытно-промышленные испытания в качестве модификаторов литейных алюминиевых сплавов AJI2, U14, АЛ9 и АК9, вторичного сплава АЛЗЗ (АК5М2) и магниевого спла-га. ЫД5 (в условиях Волжского автомобильного, Волгоградского
тракторного, Ъ-гг.гхг.хънекого литейно-нехакического, Львоаского автобусного заводов).
Результаты дхесертацношшх исследования внедрены в учесЗний процесс Таджикского государе г г енного университета им.В.И Ленина и Московского института электронной техники, а тахае ислодьзова- . кы при сестазденйі! справочных изданий (Воя А.Е., Каган А.К. Строение н свойства сплавов двойках цетадлических систем.- ТЛ.-М.-І.: Наука, 1979, 566 с; Іиаграхми состояния метаыических систек. Сборник ВИНИТИ АН СССР / Под ред. Н.З.Агеева, I976-I9S0; Дриц М.Е., Зуснан І.Л. Сплавы целочких и щелочноземельных металлов .-М.: Металлургия, 1966, 386 с; Модифицирование силуминов стронцием.- Минск: Наука и техника, 1965, 14')С./псд ред. К.Б.Го-рева).
Совокупность каучках положений диссертационное работы может бить сферлудирозана как новое научное направление, вырагаю-аееоя в создании физико-химических основ разработки композиций и сплавов кальция, стронция и бария, их получения и применения.
Апробация раСотн. Результату исследований докладывались на следукіцих совещаниях, конференциях к семинарах: Всесоюзное соведа-ние по физико-химическому анализу (НОЯХ иы.Н.С.Курнакова АН СССР, г.Москва, 13-15 сентября 1976 г.); Всесосзныя семинар в облает/ тсору.и и эксперимента бинарных и многокомпонентных смесей (Кубански" государственная университет, г.Краснодар, 19-20 октября 1976 г.); Республиканскач юбилейная конференция, посвященная 30-летию Института химии им.Б.И.Никитина АН Таджикской ССР (Институт химии, г.дусанбе, 12-13 марта 1976 г.); Республиканский семинар по автоматизации научных исследований (Математический институт с ЕЛ АН Таджикской ССР, Г.Дуианбе, сентябрь, 1976 г.); Республиканская конференция молодих учених, посвященная 60-летию Зелихоя Октябрьской Социалистической револоцик (Институт химки им.В.И.Никитина АН Таджикской ССР, г.Душанбе, d^-i.5 октября 1977 г.); Бсесоозное совещание по физико-химическому анализу (ИОНХ км.Н.С-Курнакова, г.Москва, 2-4 октября 1978 г.); Международная конференция по применение SBM в химии и химической образовании (СО АН СССР, г.Новосибирск, IS-25 июня 1976 г.); Всесоюзное совещание по диаграммам состояния металлических систем (ИМИ им.А.А.ЕаЯкоза АН СССР, г.Москва, 1-3 ноября IS62 г.);
Воесоозное совецание по термическому анализу (Ужгородский государственный университет, г.Ужгород, IOI2 сентября 1955 г.); XI Всесоюзная конференция по калориметрии к химической термодинамике (Институт неорганической химии СО АН СССР, г.Новосибирск, 17-19 тоня 19б г.) и Ежегодная научно-теоретическая конференция по неорганической к прикладной химки (Институт химки им.р.И.Никитина АН Таджикской СС?, г.Дунанбе, 1970-1990гг.).
П,''блі кации. По теме диссертации опубліковано 50 нзучних работ j журналах "їуркал физической хачии АН СССР", "Известия АН СССР". Металла", "Известия АН СССР. Неорганические материалы'1, "Зесгккк Московского государственного университета ач.Н.В.Ломоносова. Хмчня", "Доклади АН Таджикской ССР", "Известия АН Тад-гикског- ССР", "Заводская лаборатория" и "Литейное производство", а такге э брогврах и книгах 'издательства "Наука", "Цэстиетич-$ормашіяп, "Злч", "Доняз", Ей.ЧИТИ АН СССР, Московского института электронно" техники, 2 "Патентных документах" и научно-технических отчетах га пятилетние планы развития народного хозяйства Таджикскої ССР е Г970-І976ГГ., I975-IS80rr., І950-К65гг. і; І9Є5-І990гг.
Структура и объем работы. Диссертация состоит и? введения, девяти глав, документов, выводов и описка литературы (241 наименование), содержит 350 сраниц машинописного текста, эклвч:— ет ИЗ рисунков, и 61 таблиц.