178 / 460
Actual Problems in Machine Building. 2015. N 2
Innovative Technologies
in Mechanical Engineering
____________________________________________________________________
178
водородом, металл содержит растворенный кислород. В качестве вероятных рассматривали
превращения:
1/2 (CaF
2
)+ [H]+ 1/2 [O] = (CaO) + HF
г
, (1)
1/6(Na
3
AlF
6
)+ [H]+ 1/2 [O] = 1/6NaAlO
2 тв
+ HF
г
+ (Na
2
O) , (2)
А также реакции:
2(CaF
2
) + 3(SiO
2
) = 2CaSiO
3 тв
+ SiF
4г
,
(3)
2/3(Na
3
AlF
6
) + 5/3(SiO
2
) = SiF
4г
+ 2/3NaAlO
2 тв
+ 2/3 (Na
2
SiO
3
), (4)
с последующими реакциями удаления водорода с участием SiF
4
:
1/2 SiF
4г
+ [H] = 1/2SiF
2 г
+ HF
г
(5)
1/4 SiF
4г
+ [H]+ 1/2 [O] = 1/4 (SiО
2
) + HF
г
(6)
1/3 SiF
4г
+ [H] = 1/3SiF
г
+ HF
г
(7)
1/2 SiF
4г
+ [H] = 1/2 SiF
2
г + HF
г
(8)
В настоящей работе оценивали термодинамическую вероятность протекания реакций
(1) – (8) в изучаемой системе жидкий металл шва – оксидный расплав – газ, результатом
которых является снижение содержания водорода в металле сварного шва.
Необходимые для оценки вероятности протекания реакций термодинамические
характеристики в стандартных условиях [∆
r
Н°(Т), ∆
r
S°(Т), ∆
r
G°(Т)] рассчитывали
известными методами [3] в интервале температуры сварочных процессов 1700 – 2200 К [4]
по термодинамическим свойствам реагентов [[Н°(Т)- Н°(298,15 K)], S°(Т), ∆
f
H°(298,15 K)]
[5,6]. При этом, в качестве стандартных для веществ – реагентов в интервале 1700 – 2200 К
были выбраны состояния: Na
3
AlF
6ж
, SiO
2ж
, SiF
4г
, NaAlO
2 тв
,Na
2
SiO
3ж
, CaF
2ж,
CaSiO
3 тв
, H
2г
,
SiF
2г
, HF
г
, О
2г
, SiF
г
, H
г
в соответствии с реальным агрегатным состоянием фаз в изучаемой
системе.
Результаты и обсуждение
Результаты расчетов приведены в таблице 1. Графики стандартных энергий Гиббса
реакций (1)-(4) в зависимости от температуры приведены на рисунке 1, реакций (5)-(8) на
рисунке 2.
Таблица 1
Стандартная энергия Гиббса реакций (1) – (8) в зависимости от температуры
Реакция
∆
r
G°(Т), кДж
1700К 1800К 1900К 2000К 2100К 2200К
1
-16,22
-18,61
-20,93
-23,17
-25,36
-27,47
2
-32,32
-33,82
-35,20
-36,46
-37,62
-38,68
3
41,80
35,98
30,62
25,71
21,22
17,18
4
82,41
76,11
70,40
65,22
60,56
56,38
5
86,62
78,13
69,68
61,27
52,90
44,57
6
-90,16
-89,83
-89,51
-89,21
-88,91
-88,63
7
113,04 104,93
96,86
88,82
80,80
72,82
8
-38,07
-40,60
-43,08
-45,49
-47,84
-50,14
Исходя из данных рисунка 1 наиболее термодинамически вероятной является реакция
(2) (удаление водорода с участием криолита), затем реакция (1) (удаление водорода с
участием флюорита), затем следуют реакции (3, 4) с образованием тетрафторида кремния как
промежуточного продукта для следующих реакций (5)-(8) в которых происходит
образование газообразного соединения HF. При этом наиболее термодинамически вероятной
из них является реакция (6) (взаимодействия SiF
4
с водородом и кислородом). Затем
стехиометрические реакции (8), (5), (7).