Дипломная работа на тему "Термодинамика химической устойчивости сплавов системы Mn-Si"

ГлавнаяХимия → Термодинамика химической устойчивости сплавов системы Mn-Si




Не нашли то, что вам нужно?
Посмотрите вашу тему в базе готовых дипломных и курсовых работ:

(Результаты откроются в новом окне)

Текст дипломной работы "Термодинамика химической устойчивости сплавов системы Mn-Si":


Введение

Сплавы кремния с марганцем относятся к группе аморфных металлических сплавов [1]. Следствием их аморфной структуры являются необычные магнитные, механические, электрические, физико-химические свойства и высокая коррозионная стойкость сплавов. Благодаря этим свойствам они являются перспективными электродными и магнитными материалами. Поэтому анализ их химической и электрохимической устойчивости - важная научная и практическая задача.

Целью работы является термодинамическое описание химических и фазовых равновесий в системе Mn-Si при низких температурах, анализ химической устойчивости сплавов на основе этих элементов.


1. Литературный обзор

1.1 Силициды марганца

Силициды марганца: Mn3Si (температура плавления 1080°С с разложением), Mn5Si3 (температура плавления 1285°С), MnSi (температура плавления 1275 °С). Представляют собой темно-серые кристаллы, не растворимые в воде.

Получение:

·  алюмо- или магниетермическое восстановление смеси Мn с SiO2;

·  взаимодействие Мn с Si в расплаве Сu;

·  электролиз расплава K2SiFe с МnО;

·  совместное восстановление марганцевой руды и кварцита с коксом в шахтных электрических печах (образуется сплав - силикомарганец).

Применение: силикомарганец используется для получения ферромарганца и металлического Мn, раскисления и легирования стали; Mn3Si и MnSi — высокотемпературные полупроводниковые материалы; MnSi — материал для термоэлементов термоэлектрических генераторов [1].

Силициды Mn3Si (М = 192,91; 14,55% Si) и Mn5Si2 (М = 330,77; 16,98% Si)

Исследования показали, что Mn3Si обладает кубической решеткой типа А2 (α-Fe) (Im3m – Oh9) c а = 2,857 Ǻ и двумя атомами в элементарной ячейке.

На порошкограммах однофазных препаратов Mn3Si, закаленных от температур ниже 1000°С, обнаруживаются хотя и слабые, но достаточно четкие сверхструктурные линии, аналогичные характерным для Fe3Si. Т. е. при низких температурах (<1000°С) имеет место некотрое упорядочение, вследствие чего период решетки Mn3Si в этих условиях равен 5,722Ǻ (2·2,861Ǻ).

Было установлено, что Mn3Si помимо превращения порядок-беспорядок при 1000°С испытывает еще одно фазовое превращение между 600 и 650°С. Оно при закалке образцов развивается по мартенситному механизму, при медленном охлаждении – по диффузионной схеме. Температура инконгруэнтного плавления Mn3Si составляет 1075,3°С.

Сплав марганца с кремнием, содержащий 16,8 % Si - Mn5Si2 –после отжига при 750°С однофазен. Его рентгенограмма индицируется на основе тетрагональной решетки с периодами а = 8,910, с = 8,716 Ǻ, с/а = 0,978. Измеренная плотность препарата составляет 6,34 г/см3, что соответствует нахождению в элементарной ячейке 56 атомов (8 молекул Mn5Si2, рентгеновская плотность 6,35 г/см3) [1].

При увеличении температуры выше 850°С этот силицид разлагается по реакции:

4Mn5Si2→ 5Mn3Si + Mn5Si3

Силицид Mn5Si3 (М = 358,97; 23,46% Si)

Порошкограммы образцов Mn5Si3 хорошо индицируются в гексагональной сингонии с элементарной ячейкой (а = 6,912, с = 4,812Ǻ, с/а = 0,696), содержащей 16 атомов.

Особенностью Mn5Si3 является наличие в нем при низких температурах магнитного превращения. Вблизи 60-70°С имеет место разрушение ферромагнитного упорядочения, ведущее к переходу силицида в парамагнитное состояние. От 70°С и до температуры плавления (1283,2°С) силицид других превращений не испытывает [1].

Моносилицид MnSi (М = 83,03; 33,85% Si)

MnSi изоструктурен FeSi, т. е. обладает кубической решеткой типа В20 (Р213 – Т4). Структурные параметры для атомов марганца и кремния равны соответственно 0,138 и 0,846. MnSi обладает узкой концентрационной областью гомогенности, что осложняет получение однофазных препаратов. Периоды идентичности моносилицида практически не зависят от состава, а концентрационные пределы его однофазного существования различаются менее чем на 0,5%.

MnSi однофазен, а = 4,558 Ǻ и d = 5,81 г/см3, в элементарной ячейке присутствует по ~3,99 атома кремния и марганца. ε-фаза гомогенна при NSi = NMn = 0,5 и характеризуется весьма небольшой дефектностью решетки (<0,3%).

MnSi конгруэнтно плавится при 1269,6°С. При низких температурах моносилицид проявляет ферромагнитные свойства [1].

Высшие силициды марганца (МnnSi2n-m)

Существует множество работ, посвященных изучению высших силицидов марганца, в которых авторы не пришли к единому мнению об их составах и свойствах. По общим данным высший силицид марганца имеет состав, близкий к MnSi1,70 - MnSi1,75. Тетрагональный силицид марганца MnSi1,7 имеет периоды решетки а = 5,49; с = 112,42 Ǻ.

Однофазный препарат имеет состав Mn11Si19 (MnSi1,727). Исследование его монокристаллов позволило установить постоянные ячейки (а = 5,52 Ǻ; с = 48,2 Ǻ, с/а = 8,73 тетрагонального силицида P4n2 – D2d8). В элементарной ячейке присутствуют 44 атома марганца и 76 атомов кремния. В Mn11Si19 присутствуют пары сближенных атомов кремния, что роднит его с тетрагональным α-лебоитом (FeSi2,3).

Позднее было установлено существование нового силицида – Mn15Si26. В его тетрагональной элементарной ячейке (I42d – D2d12) c размерами а = 5,531; с = 65,311 Ǻ, с/а = 11,8 содержатся 4 молекулы, т. е. 164 атома. Она состоит из 15 элементарных объемов, отличающихся идентичным расположением атомов марганца, чем напоминает структуру Mn11Si19, причем расстояния между атомами марганца и кремния невелики (2,27 Ǻ), что указывает на преимущественно ковалентный характер взаимодействия [1].


1.2 Диаграмма состояния Mn-Si. Химические и фазовые равновесия в системе Mn-Si

На рисунке представлена уточненная диаграмма состояния Mn-Si. Для построения диаграммы использованы результаты термического, микроскопического и рентгеновского анализов, а также расчетные данные. Сплавы выплавляли в индукционной печи из Mn чистотой 99,95% и Si чистотой 98,9% (по массе).

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рис.1.1. Фазовая диаграмма состояния системы Mn-Si.

В системе существует семь интерметаллических фаз: из них Mn5Si3 и MnSi плавятся конгруэнтно при 1238,2 и 1269,6°С соответственно, ν(Mn9Si2), Mn3Si, Mn11Si19 образуются по перитектическим реакциям, R(Mn6Si) и Mn5Si – по перитектоидным. Кроме того, Mn3Si претерпевает полиморфное превращение при температуре 677°С. Нонвариантные реакции в системе Mn-Si представлены в таблице:


Табл. 1.1. Инвариантные реакции в системе Mn-Si

Реакция | | 40%40.42%;border:solid windowtext 1.0pt; border-left:none;padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>Содержание Si в фазах, % (ат.) | | 23%23.14%;border:solid windowtext 1.0pt; border-left:none;padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>Температура, °С |
---------------------------------------------------------
| 36%36.46%;border:solid windowtext 1.0pt; border-top:none;padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>Ж + (δMn)→ (γMn) | | 40%40.42%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>~3,75 ~0,3 ~2 | | 23%23.14%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>1205 |
---------------------------------------------------------
| 36%36.46%;border:solid windowtext 1.0pt; border-top:none;padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>Ж + (γMn)→ (βMn) | | 40%40.42%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>~9 ~2,8 ~5 | | 23%23.14%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>1155 |
---------------------------------------------------------
| 36%36.46%;border:solid windowtext 1.0pt; border-top:none;padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>(βMn)→ (αMn) + R | | 40%40.42%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>~8 6 12 | | 23%23.14%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>~635 |
---------------------------------------------------------
| 36%36.46%;border:solid windowtext 1.0pt; border-top:none;padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>(βMn) + ν → R | | 40%40.42%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>14,7 16 15,3 | | 23%23.14%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>880 |
---------------------------------------------------------
| 36%36.46%;border:solid windowtext 1.0pt; border-top:none;padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>Ж +(βMn)→ ν | | 40%40.42%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>18,2 16,7 17,3 | | 23%23.14%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>1060 |
---------------------------------------------------------
| 36%36.46%;border:solid windowtext 1.0pt; border-top:none;padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>Ж→ ν + βMn3Si | | 40%40.42%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>20,2 18 24 | | 23%23.14%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>1040 |
---------------------------------------------------------
| 36%36.46%;border:solid windowtext 1.0pt; border-top:none;padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>Ж + Mn5Si3→ βMn3Si | | 40%40.42%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>~24 37,5 25,4 | | 23%23.14%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>1075,3 |
---------------------------------------------------------
| 36%36.46%;border:solid windowtext 1.0pt; border-top:none;padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>αMn3Si→ βMn3Si | | 40%40.42%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>25-25,6 | | 23%23.14%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>677 |
---------------------------------------------------------
| 36%36.46%;border:solid windowtext 1.0pt; border-top:none;padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>βMn3Si+ Mn5Si3→ Mn5Si2 | | 40%40.42%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>~25,6 37,5 28,6 | | 23%23.14%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>850 |
---------------------------------------------------------
| 36%36.46%;border:solid windowtext 1.0pt; border-top:none;padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>Ж→ Mn5Si3 + MnSi | | 40%40.42%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>43,8 37,5 50 | | 23%23.14%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>1236,8 |
---------------------------------------------------------
| 36%36.46%;border:solid windowtext 1.0pt; border-top:none;padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>Ж + MnSi→ Mn11Si19 | | 40%40.42%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>65,69 50 63,3 | | 23%23.14%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>1150,2 |
---------------------------------------------------------
| 36%36.46%;border:solid windowtext 1.0pt; border-top:none;padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>Ж→ Mn11Si19 + (Si) | | 40%40.42%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>66,4 63,3 ~100 | | 23%23.14%;border-top:none;border-left: none;border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt'>1149 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------
- - -
Дипломная работа на тему: "Термодинамика химической устойчивости сплавов системы Mn-Si" опубликована на сайте http://rosdiplomnaya.com/

Здесь опубликована для ознакомления часть дипломной работы "Термодинамика химической устойчивости сплавов системы Mn-Si". Эта работа найдена в открытых источниках Интернет. А это значит, что если попытаться её защитить, то она 100% не пройдёт проверку российских ВУЗов на плагиат и её не примет ваш руководитель дипломной работы!
Если у вас нет возможности самостоятельно написать дипломную - закажите её написание опытному автору»


Просмотров: 522

Другие дипломные работы по специальности "Химия":

Исследование фазовых эффектов в бинарных азеотропных смесях

Смотреть работу >>

Исследование физико-химических и прикладных свойств новых полимерных композиционных материалов на основе слоистых силикатов и полиэлектролитов

Смотреть работу >>

Методы разделения азеотропных смесей

Смотреть работу >>

Химический язык

Смотреть работу >>

Теория симметрии молекул

Смотреть работу >>

Узнайте - допустят ли вашу дипломную к защите?

Узнайте - допустят ли вашу дипломную к защите?»

НУЖНА КУРСОВАЯ?
Закажите курсовую работу напрямую автору!»