Yb2O3 مقاومت سرمتهای ۱۰Cu/(10NiO-NiFe2O4

Yb2O3 مقاومت سرمتهای ۱۰Cu/(10NiO-NiFe2O4 – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه متالورژی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

تاثیر افزودن Yb₂O₃ بر روی ساختار و مقاومت سرمتهای  ۱۰Cu/(10NiO-NiFe₂O₄)  در برابر خوردگی

چکیده

سرمتهای  دوپه شده با  بوسیله تکنیک متالورژی (ریخته گری) پودر متداول تهیه شده اند. اثرات میزان  و دمای کلوخه سازی بر چگالی نسبی، ترکیب فاز، ریز ساختار سرمتهای کلوخه شده و مقاومت مذابهای  در برابر خوردگی به وسیله آزمایش چگالی ماده کلوخه شده، آنالیز SEM ,  XRD بررسی شده اند. فاز ، که در مرز دانه (بلور) سرامیکی به صورت ذرات یا فیلم توزیع می شود، به وسیله واکنش بین  و سرامیک تولید می شود. افزودن  فرایند کلوخه سازی بستر سرامیکی را تسریع می کند، حفره ها (سوراخها) در مرز را حذف می کند و منجر به ایجاد دانه کریستالی درشت می شود. چگالی نسبی سرمتها با حدود ۱% (کسر جرمی)  کلوخه شده در دمای ۱۲۷۵ درجه سانتی گراد به بالای ۹۵% افزایش می یابد. افزودن حدود۰/۱%  می تواند آشکارا از خوردگی مرزدانه (بلور)  و فاز Cu در مذابهای  جلوگیری نماید.

واژگان کلیدی: سرمتهای ۱۰Cu/10NiO-NiFe2O4 ، افزودن Yb2O3 ، تراکم (چگالش) کلوخه سازی، ریز ساختار، مقاومت در برابر خوردگی، الکترولیز آلومینیوم

Yb2O3 مقاومت سرمتهای ۱۰Cu/(10NiO-NiFe2O4

۱- مقدمه

استفاده از آندهای بی اثر برای جایگزینی آندهای کربنی مصرف شدنی در سل های الکترولیز آلومینیوم هال – هرولت برای چندین دهه یک هدف فنی و تجاری بوده است. در فرایند اخیر، هنگامی که آندهای کربنی مصرف شدنی به کار برده می شوند، محصول آند CO₂ است. با یک آند بی اثر، محصول آند O₂ است. شرایط اصلی برای یک آند بی اثر چنین هستند.

۱)سرعت خوردگی پایین در کریولیت مذاب ۲) توانایی تولید آلومینیوم خالص تجاری ۳)رسانایی الکتریکی خوب ۴) پایدار بودن گرمایی تا دمای الکترولیز ۵) مقاومت کافی در برابر شوک حرارتی و ۶) امکان مقرون به صرفه بودن [۱]. اخیرا، مواد مطالعه شده به عنوان آندهای بی اثر عمدتا به آلیاژها و سرمتها متمرکز شده اند. سرمتهای با پایه  که نه تنها انحلال پذیری پایین سرامیک در کریولیت مذاب بلکه رسانایی الکتریکی فلزی بالایی را نیز دارا می باشند، به عنوان آند بی اثر برای الکترولیز آلومینیوم بسیار اطمینان بخش هستند. [۳-۲]. با این وجود، انحلال پذیری انتخابی فاز فلزی و خوردگی مرزدانه (مرز بلور) سرمتهای با پایه  در کریولیت مذاب، که منجر به نفوذ الکترولیت به آند بی اثر می گردد، کاهش عمر سرویس و افزایش ناخالص فلز Al وجود دارد. افزودنی کلوخه ساز برای اصلاح ریز ساختار و خواصی نظیر چگالی نسبی، رسانایی الکتریکی و مقاومت مذابهای کریولیت در برابر خوردگی، موثر می باشد [۶-۵]. جیائو و همکارانش [۷] یک اصلاح تدریجی در چگالی ماده کلوخه شده را برای محصولات نیکل فریت با افزودن TiO₂ تا ۱% گزارش داده اند. لیو و همکارانش [۸] این نکته را خاطر نشان کردند که افزودن MnO₂ ، چگالی کلوخه سازی نیکل فریت را افزایش می دهد و مقاومت کربولیت مذاب در برابر خوردگی را اصلاح می کند. دانه های (بلورهای) خالص و مقاومت اصلاح شده در برابر شوک حرارتی نیز در نمونه سرمتهای محتوی MnO₂ به دست آمده است. تیان و همکارانش [۹] به این مطلب دست یافتند که افزودن SnO₂ انرژی فعالسازی سرمتهای را کاهش می دهد و رسانایی الکتریکی سرمتهای با پایه  را اصلاح می کند. ژانگ و همکارانش [۱۰] این نکته را دریافتند که افزودن مقدار مناسب Sm₂O₃ به سرمت با پایه  منجر به ایجاد کریستال بزرگتر فاز ، ضد اکسایش بالاتر و رسانایی الکتریکی بیشتر می شود. زی (XT) و همکارانش [۱۱] این مطلب را متوجه شدند که افزودن V₂O₅ به سرمتهای با پایه  برای اصلاح آشکار مقاومت کریولیت مذاب به خوردگی سودمند می باشد. در سرمتهای  مقدار مناسب Y₂O₃ می تواند رطوبت پذیری بین فاز Cu و فاز   را اصلاح کند و استحکام خمشی و مقاومت در برابر شوک حرارتی را افزایش دهد [۱۲]. با این وجود، افزودنیهای ذکر شده در بالا نمی توانند ریز ساختار و خواص را در حین کار اصلاح کنند.

در این تحقیق، سرمتهای  دوپه شده با  تهیه شده اند. تاثیر افزودن  بر ترکیب فاز، ریز ساختار، چگالی نسبی و مقاومت کریولیت مذاب در برابر خوردگی مورد بررسی قرار گرفته اند.

Yb2O3 مقاومت سرمتهای ۱۰Cu/(10NiO-NiFe2O4

۲- بخش تجربی

۲-۱ تهیه سرمتهای ۱۰Cu/(10NiO-NiFe₂O₄) دوپه شده با Yb₂O₃

سرمتهای  دوپه شده با  (=۳%>) بوسیله روش متالورژی پودر متداول با مواد خام (خلوص تجزیه ای) شامل پودر مس، ،  و  تهیه شده اند. مخلوط  و  با نسبت مولی۱: ۳۵/۱ در یک کوره موفلی (کوره با حرارت غیر مستقیم) در دمای ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد به مدت ۶ ساعت در هوا کلسینه شدند و سپس پودر سرامیکی  بدست آمد. نتیجه پراش پرتو X سرامیک  در شکل ۱ نشان داده شده است.

۲-۲ تعیین خصوصیات

 ترکیبات فازی به وسیله آنالیز پراش پرتو X و با استفاده از پراش سنج پرتو X فیلیپس ۱۳۹۰ PW با تابش Cu K_α تعیین شد. ریز ساختار بوسیله میکروسکوپ پویشی الکترون (SEM) آنالیز گردید. چگالی توده و چگالی نسبی بر اساس روش آرچیمدز مورد آزمایش قرار گرفت.

۲-۳ آزمایشهای الکترولیز

الکترولیت از  و  با خلوص تجزیه ای،  و  با خلوص صنعتی، CR (نسبت مولی NaF/AlF₃) 3/2 بود و غلظتهای  و  هر دو حدود ۵% (کسر جرمی) نگه داشته شدند. همگی قبل از الکترولیز افزوده شدند. دما در ۹۶۰ درجه سانتی گراد با ابر حرارت ۱۰ درجه سانتی گراد کنترل شد.

طرح سل تجربی در شکل ۲ نشان داده شده است. پوشش آلومینا در بوته گرافیتی نصب شد. در حدود g400 الکترولیت داخل بوته گرافیتی ریخته شد. سل با آند در یک کوره عمودی قرار داده شد و تا دمای مناسب حرارت داده شد و قبل از اینکه آند به داخل الکترولیت غوطه ور شود به مدت ۲ ساعت نگه داشته شد. آند mm20 داخل الکترولیت غوطه ور شد. چگالی جریان انتهای آند A/cm²1 بود و جریان در سرتاسر آزمایش که ۱۰ ساعت طول کشید، ثابت نگه داشته شد. با محاسبه سرعت مصرف  در هنگامی که بازده جریان کاتد ۸۵% بود، در صورتی که  در طی آزمایش افزوده نمی شود، غلظت  در حمام ۰/۲% کاهش می یافت. علاوه بر این، پوشش آلومینا نیز در ثابت نگه داشتن غلظت  مشارکت داشت. بنابراین،  در طی آزمایش به داخل حمام افزوده نشد. پس از الکترولیز، آند از مذاب بیرون آورده شد تا از کاهش ماده آند در اثر آلومینیوم فلزی حل شده جلوگیری شود. سل به حال خود باقی گذاشته شد تا در حالیکه آند در بالای الکترولیت قرار داشت به صورت طبیعی سرد شود. آندهای آزمیاش شده قطعه قطعه شدند، صیقلی شدند و بوسیله SEM (JSM-6360lr) آنالیز – گردیدند. الکترولیت پس از آزمایش الکترولیز بوسیله طیف فلوئورسانس پرتو x (فیلیپس  (TW2424  ۸۴۲۴ آنالیز شد و غلظتهای Fe, Ni و Cu به ترتیب در الکترولیت و کاتد آلومینیوم بدست آمدند.

Yb2O3 مقاومت سرمتهای ۱۰Cu/(10NiO-NiFe2O4

۳- نتایج و بحث

۳۱ ترکیب فاز و ریز ساختار

الگوهای XRD نمونه های  دوپه شده با  و کلوخه شده در دمای ۱۲۷۵ درجه سانتی گراد در شکل ۳ نشان داده شده اند. در شکل ۳ می تواند دیده شود که فقط فازهای  NiFe₂O₄،  NiO و Cu در نمونه سرمتهای  وجود دارند. علاوه بر فازهای NiFe₂O₄ ، NiO و Cu، یک فاز جدید YbFeO₃ در سرمت  دوپه شده با  ۰/۲% نیز ظاهر شد. به هر حال،  در سرمتهای دوپه شده با  شناسایی نشد. این پدیده نشان می دهد که  در نمونه در فرایند کلوخه سازی به طور کامل به YbFeO₃ تبدیل شده است. بر اساس نمودار فاز سیستم  [۱۳]، YbFeO₃ احتمالا به وسیله واکنش زیر تولید شد:

۳-۲ اثر افزودن Yb2O3 بر چگالی نسبی سرمتهای ۱۰Cu/(10NiO-NiFe2O4)

چگالی های نسبی سرمتهای  دوپه شده با مقادیر متفاوت  کلوخه شده در دماهای ۱۳۰۰-۱۲۵۰ درجه سانتی گراد در جدول ۱ فهرست شده اند. در جدول ۱ می تواند دیده شود که چگالی نسبی سرمتهای  کلوخه شده در دمای ۱۲۵۰ درجه سانتی گراد با افزودن  ۳%-۵/۰% آشکارا افزایش می یابد که این امر نشان می دهد که حضور  در سرمتهای  می تواند فرایند کلوخه سازی را تسریع کند. هنگامی که دمای کلوخه سازی ۱۳۰۰ درجه سانتی گراد بود، با افزایش مقدار ، اختلاف کمی در چگالی نسبی وجود داشت. ممکن است حضور جاهای خالی Fe و O در سرمتهای   که از تشکیل  حاصل می شود، منجر به ایجاد تعداد زیادی نقص نقطه ای در ماده شود، به انتقال اکسیژن و یونهای Fe کمک نماید و نفوذ اتمی و انتقال جرم را تسریع کند و سرانجام تراکم (چگالش) کلوخه سازی سرمتهای  را افزایش دهد [۱۴].

۳-۳ مقاومت در برابر خوردگی

لای و همکارانش [۱۵] خاطر نشان کردند که در طی آزمایش الکترولیز، رسیدن به حالت پایا برای غلظت Ni,Cu یا Fe در الکترولیت، ۶-۵ ساعت طول می کشد و این غلظتها در حدود انحلال پذیری  Ni,Cu یا Fe در مذابهای کریولیت می باشند. بنابراین، تمام آزمایشهای الکترولیز در این تحقق، ۱۰ ساعت طول کشیدند. تغییر غلظت و جرم Ni,Cu یا Fe در الکترولیت، پس از آزمایش الکترولیز در جدول ۲ فهرست شده اند. نتایج فهرست شده در جدول ۲ نشان می دهند که غلظت حالت پایای Cu در حمام، هنگامی که مقدار  از ۰ تا ۰/۱% تغییر می کند، از ۲۱۱/۰% تا ۱۷۸/۰% کاهش می یابد که از انحلال پذیری آن (۲۲۶/۰%) که در تحقیق قبلی گزارش شده، کمی پایین تر است [۱۶]. افزودن  بر غلظت Ni و Fe در مذابهای کریولیت اثر کمی دارد. غلظت Ni به انحلال پذیری (۱۲۵/۰%) توسط لای و همکارانش [۱۶] کاملا نزدیک است (نسبت حمام ۱۵/۱، مذاب با Al₂O₃5%، ۹۶۵ درجه سانتی گراد) و غلظت Fe از انحلال پذیری (۵۸۰/۰%) ذکر شده به وسیله دیانگ [۱۷] کاملا پایین تر است (نسبت حمام ۱/۱، مذاب با ۵/۶%، ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد) تغییر جرم کل ,Cu Fe و Ni در الکترولیت، هنگامی که مقدار  از ۰ تا ۰/۱% افزایش می یابد، از ۹۰/۰ تا ۷۷۴/۰ کاهش پیدا می کند.

Yb2O3 مقاومت سرمتهای ۱۰Cu/(10NiO-NiFe2O4

۴- نتیجه گیری

۱) فاز  ، که در مرز دانه (مرز بلور) سرامیکی به صورت ذرات یا فیلم توزیع
می شود، به وسیله واکنش بین  و سرامیک، در هنگامی که  به سرمتهای  افزوده می شود، تولید می گردد.

۲) افزودن  فرایند کلوخه سازی بستر سرامیکی را تسریع می کند، سوراخها (حفره ها) در مرز را از بین می برد و منجر به ایجاد دانه (بلور) کریستالی درشت می شود. چگالی نسبی سرمتهای با حدود  ۱% و کلوخه شده در دمای ۱۲۷۵ درجه سانتی گراد به ۹۵% افزایش می یابد.

۳) افزودن مقدار مناسبی از فازهای  و  می تواند از نفوذ مذابهای کریولیت به مرز دانه  جلوگیری نماید و مقاومت آندهای بی اثر سرمتی  در مذابهای  در برابر خوردگی را اصلاح می کند.