稀土在镁合金溶液中作用的热力学分析.pdf

《稀土在镁合金溶液中作用的热力学分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第13卷第2期中国稀土学报1995年6月稀土在镁合金溶液中作`用的热力学分析罗治`’平张少卿汤亚力宋德玉,(北京航空材料研究所北京200095)本文对多种稀土元素在镁合金溶液中的作用进行了热力学分析,并讨论了稀土在溶液中的去氧和除氢机制。计算结果表明,稀土与镁溶液中的氧化物夹杂发生交互作用,产生稀土氧化物而除去氧化物夹杂;通过与溶液中的氢发生交互作用,产生稀土氢化物与氧化物而达到了溶液除氢;但与主要成2。分为Mg1C的熔剂发生交互作用则降低了溶液中的稀土含量:,,,关键词镁合金稀土热力学化学反应,`,R〔〕实践

2、表明稀土()E不仅对镁合金力学性能具有明显的强化作用对镁合金铸造性能也有着良好的影响川。本文就稀土在镁合金溶液中的作用进行了热力学分析。1稀土与氧化物夹杂的作用,。,:在镁溶液中氧化物夹杂为Mgo考虑到稀土加入镁溶液中发生如下反应过程:了`、了`d、尹2.Mgo(s)=Mg(l)+l/20(s)乙9且:Z32RE+3/20=REORE=[RE〕(3),:因此下述反应的自由能变化为EZ3g3Mso+2[RE]一Ro+3M(1)(4)八G写一3么GZ+么G;+Gg,,:(3)式中以纯固态为标准态其溶解自由能为么·A

3、T么Gg一HF一S尸,、。式中△H夕研分别为稀土元素的溶解热与溶解嫡一:文献「3]给出了MgY系如下反应,刀Mg(s)+言Y(s)=MgY聋(s)(5),:八裂的自由能变化为从而推算出下反应式的自由能变化,刀Mg(l)+言Y(s)=MgY`(s)(6).,八GgAG刀八G聂。,一言AG,一g一攀,,么f、Afg、。,一式中耘哪分别为MY的熔化自由能我们按照文献[4]给出的方法对MgY系,,溶液在T一1873K下的活度进行了计算并利用规则溶液模型换算为T一1033K温度下,航空科学基金资助项目。郑州工学院中国稀土

4、学报13卷.。g一T。,的活度值MY系稀溶液中在一1033K时亨利定律常数K一014在实际状态下假定不同的稀土元素与忆具有相同的活度系数,并且服从亨利定律,当稀土元素含量为0.3at%,E.,.奴一04;g9。,:时00而溶剂镁则服从拉乌尔定律、一097相应地自由能的变化为。a.八G八GIn:aEAG13002=写+咫(备/蕊)=写+T,,。989:,式中T为温度根据实际情况取?一1033K利用各化合物的生成热、侧及标准嫡裂。,。,go计算结果见表1有关数据取自文献[56]可见稀土与溶液中的M具有较强的交互作,

5、。用反应的结果除去氧化物夹杂’表l稀土与氧化物夹杂反应的自由能变化(J/mol)人`日(,)表达式AG分(T)表达式八G习入G月一.Nd.103974+3TlgT一42472T一533369一3990552258+3TlgT一48585了一490284一355970..1汤14182+3TlgT一45207T一443466一309152Ff一2364+3Tlg少一47815T一508229一373915.Ce一7742+3T18T一47970T一493931一359617爷T一1033K2稀土与溶液中氢的作用,

6、,根据氢在镁溶液中的固溶度数据川由isveerst定律用回归方法得出.`/20882expN/P=0(一4987/T)(7),.。1尸5,式中N为摩尔浓度以N一及一101汉10aP为标准状态得出氢在镁溶液中的标准:溶解自由能为.八讲-一石孕InK一41462+2019T,2因此容易得出H0(g)与镁溶液发生如下反应的标准自由能变化HZso(g)+Mg(l)=Mgo()+2[H](8)八G昌=一278782一TlgT+98.34T,,,,当T一1033K时入哪一一180310)/mof可见在标准状态下反应(8)可

7、以自发进行具有较强的反应驱动力。,Z.,·7),H01火105a一`ol。,,H:。由(式当一1p时N一706X10m在实际状态下取一3X3,a.,.,10a。一月aM:P=刃=706X10=0997入GS入GJ一息+刀in..一`’..=一180310+8314又1033In[(706又10)/(00297又0997)])o=一274715/ml,。,、可见在实际情况下(8)式反应仍可以自发进行溶解于溶液中的氢是铸件产生气孔针孔及疏松等铸造缺陷的原因。.J当稀土加入溶液后RE与[H]反应生成RIEEHZ[RE

8、〕+2[H]=R2期罗治平等稀土在镁合金溶液中作用的热力学分析,:同时[RE〕与Mgo发生如下反应Z32[RE〕+3Mgo=REo+3Ms(l)(8)式综合即为:与ZZZ33Ho(s)+5[RE]=3REH+REo(9),八9。。,E在标准状态下该反应的么哪可从各化合物的生成热川求出在实际状态下取aR一.,aM.,,00004。99。2。,a:一07并取,一3X10p则自由能的变化为。