Термодинамічні властивості розтопів систем Mg–Si і Al–Mg–Si

Д. В. Царюк$^{1}$, Т. В. Прядко$^{1}$, В. К. Носенко$^{1}$, А. В. Носенко$^{1}$, В. С. Судавцова$^{2}$

$^{1}$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^{2}$Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, вул. Омеляна Пріцака, 3, 03142 Київ, Україна

Отримано: 07.11.2024; остаточний варіант - 19.05.2025. Завантажити: PDF

За виведеним Шредеровим рівнянням розраховано активності Силіцію та інші термодинамічні властивості розтопів системи Mg–Si за координатами кривої ліквідусу діяграми стану, де є рівновага чистий компонент–рідкий розчин. Результати узгоджуються із даними, визначеними найбільш точним методом ЕРС. Згідно з розрахунками парціяльні ентальпія й ентропія змішання Si в розтопах системи Mg–Si — −43,7 кДж/моль і −11,3 Дж/(моль⋅К) відповідно. Методою калориметрії вперше визначено термохемічні властивості розтопів променевого перерізу з хAl/хMg = 0,5/0,5 системи Al–Mg–Si за 1319 ± 2 К. Встановлено, що ΔSi(Ge) = −79 ± 6 кДж/моль, а мінімальна ентальпія змішання розтопу, визначена екстраполяцією, дорівнює −16,1 ± 0,6 кДж/моль і припадає на стоп із xSi = 0,45. За моделем Редліха–Кістера–Муджіану з потрійним внеском у −125 кДж/моль із аналогічних даних подвійних граничних підсистем також розрахували активності компонентів, Ґіббсові енергії й ентропії змішання розтопів даної системи. Показано, що за 1350 K мінімальна Ґіббсова енергія дорівнює −18,1 кДж/моль, а ΔSmin = −2,2 Дж/(моль⋅К). Розраховані та визначені експериментально ентальпії змішання розтопів системи Al–Mg–Si добре узгоджуються між собою.

Ключові слова: метод калориметрії, ентальпії змішання, активності, розтопи, термодинамічні властивості, «геометричні» й «аналітична» моделі.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v47/i11/1137.html

PACS: 05.70.Ce, 07.20.Fw, 64.75.Bc, 64.75.Ef, 65.20.Jk, 81.30.Bx, 82.60.Lf


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. M. Dargusch, The Role of Microstructure in the Creep of Die Cast Magnesium Alloy (Thesis of Disser. for PhD) (Brisban: University of Queensland: 1998).
  2. N. Hohne, M. Elzen, J. Rogelj, B. Metz, T. Fransen, T. Kuramochi, A. Olhoff, J. Alcamo, H. Winkler, S. Fu, M. Schaeffer, R. Schaeffer, G. P. Peters, S. Maxwell, and N. K. Dubash, Nature, 579: 25 (2020).
  3. A. H. Musfirah and A. G. Jaharah, J. Applied Sci. Research, 8: 4865 (2012).
  4. M. S. Yoo, Y. C. Kim, S. Ahn, and N. J. Kim, Mater. Sci. Forum, 419–422: 419 (2003).
  5. J. M. Eldridge, E. Miller, and K. L. Komarek, Trans. Met. Soc. AIME, 239, No. 6: 775 (1967).
  6. R. Geffken and E. Miller, Trans. Met. Soc. AIME, 242: 2323 (1968).
  7. K. B. Poyarkov, Issledovanie Termodinamicheskikh Svoistv i Termicheskoy Stabil’nosti Poluprovodnikovykh Soyedineniy Magniya s Ehlementami IV Gruppy Periodicheskoy Sistemy D. I. Mendeleeva [Study of the Thermodynamic Properties and Thermal Stability of Semiconductor Compounds of Magnesium with Elements of the IV Group of the Periodic Table D. I. Mendeleev] (Thesis of Disser. for Cand. Chem. Sci.) (Moskva: 1981) (in Russian).
  8. B. C. Sudavtsova, G. I. Batalin, and L. N. Zelenina, Ukrayins’kyy Khimichnyy Zhurnal, 54, No. 6: 655 (1988) (in Russian).
  9. V. S. Sudavtsova, Termodynamika Metalurgiynykh i Zvaryuval’nykh Rozpla-Viv. Ch. 2 (Splavy na Osnovi Sylitsiyu i Midi) [Thermodynamics of Metallurgical and Welding Melts. Part 2 (Alloys Based on Silicon and Copper)] (Kyiv: Lohos: 2005) (in Ukrainian).
  10. H. Feufel, T. Godecke, H. L. Lukas, and F. Sommer, J. Alloys Compd., 247, Iss. 1–2: 31 (1997).
  11. I. H. Jung, D. H. Kang, W. J. Park, N. J. Kim, and S. H. Ahn, Calphad, 31, Iss. 2: 192 (2007).
  12. I. T. Sryvalin, O. A. Esin, and B. M. Lepinskikh, Zhurnal Fizicheskoy Khimii, 38, No. 5: 1166 (1964) (in Russian).
  13. Y. K. Rao and G. R. Belton, Thermodynamic Properties of Mg–Si System (Eds. N. A. Gokcen) (The Metallurgical Society of AIME: 1981), p. 75.
  14. V. S. Sudavtsova, V. A. Makara, and V. H. Kudin, Termodynamika Meta-lurgiynykh i Zvaryuval’nykh Rozplaviv. Ch. 3 [Thermodynamics of Metallurgical and Welding Melts. Pt. 3] (Kyiv: Lohos: 2005) (in Ukrainian).
  15. V. S. Sudavtsova, M. O. Shevchenko, M. I. Ivanov, and V. H. Kudin, Termodynamichni Vlastyvosti Splaviv Podviynykh i Potriynykh System, Utvorenykh Alyuminiyem, Perekhidnymy ta Ridkisnozemel’nymy Metalamy [Thermodynamic Properties of Alloys of Double and Ternary Systems Formed by Aluminium, Transition and Rare Earth Metals] (Kyiv: Naukova Dumka: 2021) (in Ukrainian).
  16. A. T. Dinsdale, Calphad, 15, Iss. 4: 319 (1991).
  17. Binary Alloy Phase Diagrams (Eds. T. B. Massalski) (Ohio: ASM International: 1990).
  18. P. Liang, H. L. Su, P. Donnadieu, M. G. Harmelin, A. Quivy, and P. Ochin, Z. Metallkd., 89, No. 8: 536 (1998).