VYaZKOST' ZhIDKOGO KOBAL'TA: LITERATURNYY OBZOR I EKSPERIMENT

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Обзор литературных данных по вязкости жидкого кобальта показал сильный разброс данных, полученных разными авторами (до 136%). С целью выяснения причин такого разброса проведено исследование влияния условий эксперимента (материала тигля, граничных условий на верхней границе расплава) на результаты измерений вязкости кобальта с различным содержанием примеси (содержание кобальта 99.98 и 99.35 мас. %). Исследования проводились методом крутильных колебаний цилиндрического тигля с расплавом в абсолютном варианте как наиболее распространенном и эффективном для измерения вязкости расплавов при высоких температурах. При исследовании вязкости с использованием стандартных условий эксперимента (образец помещен в тигель и имеет свободную верхнюю поверхность) обнаружено существенное влияние граничных условий на верхней границе расплава на результаты измерений. Показано, что данное влияние обусловлено пленочными эффектами в результате образования или исчезновения вязкой пленки на верхней границе расплава, которые приводят к завышению получаемых в эксперименте значений вязкости и/или появлению аномалий на политермах вязкости. Пленочные эффекты рассматриваются в качестве основной причины различия данных по вязкости жидкого кобальта, полученных разными авторами. Для исключения пленочных эффектов измерения вязкости методом крутильных колебаний следует проводить в условиях эксперимента с закрытой верхней границей расплава. Изменение общего содержания примесей в исходном кобальте с 0.02 до 0.65 мас. % и материал тигля (BeO, Al2O3) не оказывают существенного влияния на температурную зависимость его вязкости. На основе проведенных экспериментальных исследований получена температурная зависимость вязкости кобальта в жидком состоянии.

Авторлар туралы

N. Olyanina

A. Bel'tyukov

Email: albeltyukov@mail.ru

V. Lad'yanov

Әдебиет тізімі

  1. Ravi K.R., Pillai R.M., Amaranathan K.R., Pai B.C., Chakraborty M. Fluidity of Aluminum Alloys and Composites: A Review // J. Alloys Compd. 2008. V. 456. P. 201.
  2. Zhang J., Zhang X., Wang H., Wu M., Ma X., Liang X., Zhang J., Liu R., Zhao H., Sun Z., Zhang J. Study on Improving the Fluidity of Ti2AlNb Alloy // Calphad. 2023. V. 83. P. 102621.
  3. Parthibon R., Stoica M., Kaban I., Kumar R., Eckert J. Viscosity and Fragility of the Supercooled Liquids and Melts from the Fe–Co–B–Si–Nb and Fe–Mo–P–C–B–Si Glass–forming Alloy Systems // Intermetallics. 2015. V. 66. P. 48.
  4. Shi R., Luo A.A. Applications of CALPHAD Modeling and Databases in Advanced Lightweight Metallic Materials // Calphad. 2018. V. 62. P. 1.
  5. Beltyukov A., Olyanina N., Ladyanov V. The Viscosity of Liquid Co–Si–B Alloys // J. Mol. Liq. 2019. V. 281. P. 204.
  6. Gao S., Jiao K., Zhang J. Review of Viscosity Prediction Models of Liquid Pure Metals and Alloys // Philos. Mag. 2019. V. 99. P. 853.
  7. Fu Y., Li H., Tang K., Yang S., Shi Y., Liu B., Luo Q., Zhang L., Li Q., Pan F. Melt Viscosity of Light Alloys: Progress and Challenges // J. Mater. Sci. Technol. 2024. V. 183. P. 72.
  8. Fu Y., Luo Q., Liu B., Li Q. Viscosity Calculation for Al–Si–Mg–Fe System through CALPHAD Method // Adv. Eng. Mater. 2024. V. 26. P. 2400941.
  9. Cavalier G. Measurements of the Viscosity of Undercooled Molten–metals // Symp. Phys. Chem. of Metallic Solutions and Intermetallic Compounds. London: Chemical Publ. Comp., 1959. V. 2. Section 4D. P. 2.
  10. Вертина А.А., Самарин А.М. Физико-химические свойства жидких сплавов железа, никеля и кобальта. В кн.: Строение и свойства жидких сплавов: сб. ст. М.: Изд-во АН СССР, 1960. С. 138.
  11. Cavalier G. Mesure de la viscosité du fer, du cobalt et du nickel // C. R. Hebd. Seances Acad. Sci. 1963. V. 256. P. 1308.
  12. Frohberg M.G., Weber R. Viskositätsmessungen an flüssigen Eisen-Kobalt-Legierungen // Archiv Eisenhütten. 1964. Bd. 35. S. 885.
  13. Frohberg M.G., Weber R. Die Messung der Viskosität hochschmelzender Metalle und Legierungen // Rheol. Acta. 1964. Bd. 3. S. 238.
  14. Hiebler H., Trenkler H. Entwicklung einer Versuchseinrichtung zur Bestimmung des Fließverhaltens und der Viskosität metallischer Schmelzen und Messung von flüssigem Eisen, Kobalt und Nickel // Berg- und Hüttenmänn. Monatsh. 1967. Bd. 112. S. 150.
  15. Баум Б.А., Кочеров П.В. Кинематическая вязкость расплавов системы Co–Si и Ni–Si // Изв. вузов. Цвет. метал. 1968. № 6. С. 84.
  16. Watanabe S. Densities and Viscosities of Iron, Cobalt, and Fe–Co Alloy in Liquid State // Trans. Jpn. Inst. Met. 1971. V. 12. P. 17.
  17. Каплун А.Б., Авашанин М.И., Крупько М.Ф. Исследование вязкости расплавленных железа, кобальта, никеля и марганца вибрационным методом. В кн.: Исследование теплофизических свойств растворов и расплавов: сб. ст. Новосибирск: Наука, 1974. С. 136.
  18. Кисунько В.З., Новохатский И.А., Архаров В.И., Белов Б.Ф. Влияние различных добавок на температуру структурного превращения в жидком железе // Изв. АН СССР. Металлы. 1975. № 2. С. 176.
  19. Новохатский И.А., Кисунько В.З., Ладьянов В.И. О структурных превращениях в жидких металлах и сталях. В кн.: Физико-химические основы процессов производства стали: сб. ст. М.: Наука, 1979. С. 255.
  20. Новохатский И.А., Кисунько В.З., Ладьянов В.И. Структурные превращения в жидком железе и расплавах на его основе // Сталь. 1982. № 8. С. 33.
  21. Бодакин Н.Е., Баум Б.А., Тагунов Г.В. Вязкость расплавов системы Fe–Co // Изв. вузов. Черная метал. 1978. № 7. С. 9.
  22. Островский О.И., Выонов В.М., Григорян В.А. Исследование вязкости жидких железа, кобальта и никеля // Изв. вузов. Черная метал. 1982. № 3. С. 1.
  23. Ладьянов В.И., Бельтюков А.Л., Тронин К.Г., Камаева Л.В. О структурном переходе в жидком кобальте // Письма в ЖЭТФ. 2000. Т. 72. № 6. С. 436.
  24. Ладьянов В.И., Бельтюков А.Л., Камаева Л.В., Тронин К.Г., Васин М.Г. О структурном переходе и временной нестабильности в жидком кобальте // Расплавы. 2003. № 1. С. 32.
  25. Sato Y., Sugisawa K., Aoki D., Yamamura T. Viscosity of Fe–Ni, Fe–Co, and Ni–Co Binary Melts // Meas. Sci. Technol. 2005. V. 16. P. 363.
  26. Paradis P.F., Ishikawa T., Koike N. Thermophysical Property Measurements of Liquid and Supercooled Cobalt // High Temp. – High Press. 2008. V. 37. P. 5.
  27. Yakymovych A., Plevachuk Y., Mudry S., Brillo J., Kobatake H., Ipser H. Viscosity of Liquid Co–Sn Alloys: Thermodynamic Evaluation and Experiment // Phys. Chem. Liq. 2014. V. 52. P. 562.
  28. Хутылова Р.М., Моисеев А.В., Бельтюков А.Л., Олянина Н.В. Вязкость расплава кобальта: эксперимент, моделирование и теория // ТВТ. 2018. Т. 56. № 2. С. 211.
  29. Арсентьев П.П., Коледов Л.А. Металлические расплавы и их свойства. М.: Металлургия, 1976. 376 с.
  30. Арсентьев П.П., Филиппов С.И. Вязкостные характеристики жидкого железа // Изв. вузов. Черная метал. 1971. № 1. С. 123.
  31. Корнецкий Н.В., Пастухов Э.А., Селеванов Е.Н., Ченцов В.П. Структура и свойства расплавов меди с алюминием, оловом и свинцом: монография. Екатеринбург: ООО «УИПЦ», 2014. 182 с.
  32. Gancarz T., Jourdan J., Gasior W., Henein H. Physicochemical Properties of Al, Al–Mg, and Al–Mg–Zn Alloys // J. Mol. Liq. 2018. V. 249. P. 470.
  33. Dinsdale A.T., Quested P.N. The Viscosity of Aluminium and Its Alloys – A Review of Data and Models // J. Mater. Sci. 2004. V. 39. P. 7221.
  34. Jonas I., Hembre W., Yang F., Busch R., Meyer A. Industrial Grade versus Scientific Pure: Influence on Melt Properties // Appl. Phys. Lett. 2018. V. 112. P. 171902.
  35. Paradis P.-F., Ishikawa T., Lee G.-W., Holland-Moritz D., Brillo J., Rhim W.-K., Okada J.T. Materials Properties Measurements and Particle Beam Interactions Studies Using Electrostatic Levitation // Mater. Sci. Eng., R. 2014. V. 76. P. 1.
  36. Белащенко Д.К. Явление переноса в жидких металлах и полупроводниках. М.: Атомиздат, 1970. 400 с.
  37. Thresh H.R. Theory and Experiment in Methods for the Precision Measurement of Viscosity // Trans. Am. Soc. Met. 1962. V. 55. P. 780.
  38. Assael M.J., Armyra I.J., Brillo J., Stankus S.V., Wu J., Wakeham W.A. Reference Data for the Density and Viscosity of Liquid Cadmium, Cobalt, Gallium, Indium, Mercury, Silicon, Thallium, and Zinc // J. Phys. Chem. Ref. Data. 2012. V. 41. P. 033101.
  39. Швидковский Е.Г. Некоторые вопросы вязкости расплавленных металлов. М.: ГИТТЛ, 1955. 208 с.
  40. Бельтюков А.Л., Ладьянов В.И. Автоматизированная установка для определения кинематической вязкости металлических расплавов // ПТЭ. 2008. № 2. С. 155.
  41. ГОСТ 123-2008 Кобальт. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2008. 15 с.
  42. Физико-химические свойства окислов. Спр. / Под ред. Самсонова Г.В. М.: Металлургия, 1978. 472 с.
  43. Олянина Н.В., Бельтюков А.Л., Гончаров О.Ю., Ладьянов В.И. Влияние поверхностной пленки на результаты измерения вязкости расплава Co83B17 методом крутильных колебаний // Расплавы. 2012. № 2. С. 83.
  44. Kirschenbaum A.D., Cahill J.A. The Densities of Liquid Nickel and Cobalt and an Estimate of Their Critical Constants // Trans. Am. Soc. Met. 1963. V. 56. P. 281.
  45. Frohberg M.G., Weber R. Dichternessungen an Eisen-Kobalt- und Eisen-Kupfer Legierungen // Archiv Eisenhütten. 1964. Bd. 35. S. 877.
  46. Вертиман А.А., Самарин А.М., Филиппов Е.С. Плотность железа, никеля и кобальта в твердом и жидком состоянии // ДАН СССР. 1964. Т. 155. № 2. С. 323.
  47. Тавадов Ф.Н., Байрамашник И.Н., Хантайзе Д.В. Поверхностное натяжение и плотность бородов железа, кобальта и никеля. В кн.: Поверхностные явления в расплавах и возникающих из них твердых фазах: сб. науч. тр. Нальчик: Кабардино-Балкарское книжное изд-во, 1965. С. 376.
  48. Saito T., Sakuma Yu. Densities of Pure Iron, Cobalt, and Nickel in the Molten State // Nippon Kinzoku Gakkaishi (J. Jpn. Inst. Met. Mater.). 1967. V. 31. P. 1140.
  49. Saito T., Sakuma Yu. Densities of Pure Iron, Cobalt, and Nickel in the Molten State // Sci. Rep. Res. Inst., Tohoku Univ., Ser. A. 1970. V. 22. P. 57.
  50. Аюшина Г.Д., Левин Е.С., Гельд П.В. Влияние температуры и состава на плотность и поверхностную энергию жидких сплавов алюминия с кобальтом и никелем // ЖФХ. 1969. Т. 43. № 11. С. 2756.
  51. Левин Е.С., Аюшина Г.Д., Завьялов В.К. Политермы плотности и поверхностной энергии жидкого кобальта. В кн.: Физические свойства металлов и сплавов: сб. науч. тр. Свердловск: УрГУ, 1970. С. 92.
  52. Saito T., Masayosi A., Watanabe S. On Densities of Pure Liquid Iron, Cobalt, and Nickel // Tohoku Daigaku Senko Seiren Kenkyusho Ino (Bull. Res. Inst. Miner. Dressing Metall., Tohoku Univ.) 1969. V. 25. P. 67.
  53. Lucas L.D. Densité de métaux à haute température (dans les états solide et liquide). Deuxième partie // Mem. Sci. Rev. Metall. 1972. V. 69. P. 479.
  54. Хайду Ю.В., Перевертийко В.М., Невойник Г.М. Поверхностные свойства расплавов Ni–C и Co–C // Изв. АН СССР. Металлы. 1972. № 2. С. 87.
  55. Конев С.Н., Доволод С.П., Антропов В.А. Плотность железа, кобальта и никеля в твердом и жидком состояниях. В кн.: Физические свойства металлов и сплавов: сб. науч. тр. Свердловск: УрГУ, 1978. Вып. 2. С. 72.
  56. Митько М.М., Дубини Э.Л., Тимфеев А.И., Чегодаев А.И. Поверхностное натяжение и плотность расплавов родия с железом, никелем и кобальтом // Изв. вузов. Цвет. метал. 1978. № 3. С. 84.
  57. Косинов Н.С., Попель П.С., Баум Б.А., Петрушевский М.С. Объемные характеристики расплавов Fe–Co // Изв. АН СССР. Металлы. 1979. № 6. С. 75.
  58. Островский О.И., Ермаченков В.А., Попов В.М., Григорян В.А., Коган Л.Б. Теплофизические свойства жидких железа, кобальта и никеля // ЖФХ. 1980. Т. 54. № 5. С. 1291.
  59. Brillo J., Egy I., Matsushita T. Density and Excess Volumes of Liquid Copper, Cobalt, Iron, and Their Binary and Ternary Alloys // Int. J. Mater. Res. 2006. V. 97. P. 1526.
  60. Бельтюков А.Л., Мельникова С.Г., Ладьянов В.И. Вязкость легированных железом заэвтектических расплавов на основе алюминия // ТВТ. 2015. Т. 53. № 4. С. 517.
  61. Бельтюков А.Л., Олянина Н.В., Ладьянов В.И. Особенности измерения вязкости металлических расплавов методом крутильных колебаний // Расплавы. 2016. № 2. С. 176.
  62. Гончаров О.Ю., Олянина Н.В., Бельтюков А.Л., Ладьянов В.И. Влияние температуры и примесей в газовой фазе на состав поверхностных слоев сплавов системы Co–B // ЖФХ. 2015. Т. 89. № 5. С. 842.
  63. Бельтюков А.Л., Гончаров О.Ю., Ладьянов В.И. Особенности политермы вязкости расплавов Fe–B // ЖФХ. 2017. Т. 91. № 10. С. 1706.
  64. Бескачко В.П., Ваткин Г.П., Писарев Н.М., Щекса А.И. Влияние поверхностных пленок на результаты измерения вязкости по методу Швидковского. II. Численные эксперименты // Расплавы. 1990. № 6. С. 9.
  65. Nunes V.M.B., Lourenco M.J.V., Santos F.J.V., Nieto de Castro C.A. The Meniscus Effect in Viscosity Determinations by the Oscillating-cup Method // High Temp. – High Press. 2003–2004. V. 35–36. P. 75.
  66. Nunes V.M.B., Lourenco M.J.V., Nieto de Castro C.A. Correct Use of Oscillating-Cup Viscometers for High-temperature Absolute Measurements of Newtonian Melts // Int. J. Thermophys. 2024. V. 45. P. 64.
  67. Brooks R., Day A., Andon R., Chapman L., Mills K., Quested P. Measurement of Viscosities of Metals and Alloys with an Oscillating Viscometer // High Temp. – High Press. 2001. V. 33. P. 73.
  68. Wu Y., Bian X., Mao T., Li X., Li T., Wang C. Effect of the Roughness of Crucible on Viscosity of Liquid Pb38.1Sn61.9 Alloy // Phys. Lett. A. 2007. V. 361. P. 265.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу

© Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».