Дослідження і моделювання термодинамічних властивостей розплавів систем Bi—Cu—Eu і Cu—Eu

В.А.Шевчук¹,

В.Г.Кудін²,

Л.О.Романова¹,

М.І.Іванов¹,

В.С.Судавцова¹*

¹ Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України , Київ
² Київський національний університет ім. Т. Шевченка, Київ
sud.materials@ukr.net

Usp. materialozn. 2023, 6:99-114
https://doi.org/10.15407/materials2023.06.099

Анотація

Парціальні та інтегральні ентальпії змішування розплавів системи Bi— Cu—Eu вперше визначено методом калориметрії по трьох променевих перерізах з постійним співвідношенням двох компонентів: x_Cu/x_Eu = 0,3/0,7, x_Eu/x_Bi = 0,23/0,77, x_Eu/x_Bi = 0,8/0,2 при Т = 1400 ± 1 К. Показано, що парціальні та інтегральні ентальпії змішування вивчених розплавів в основному екзотермічні, хоча парціальні ентальпії міді є додатніми. Це зумовлено тим, що мідь має малу спорідненість до Bi та Eu. Але після додавання у розплави Cu_хEu_1-х вісмуту тепловий ефект розчинення останнього зростає. Це викликано утворенням сильних зв’язків між Bi та Eu. У двох інших перерізах все відбувається навпаки. З використанням літературних ентальпій змішування розплавів системи Cu—Eu, досліджених методом калориметрії при 1313—1480 К в усьому інтервалі складів, обчислено енергії Гіббса, ентальпії і ентропії утворення розплавів і інтерметалідів, їх температурно-концентраційні залежності, а із них — криву ліквідуса діаграми стану вивченої системи за моделлю ідеального асоційованого розчину. З критично проаналізованих термодинамічних властивостей розплавів систем Cu—Eu, Bi—Cu і Bi—Eu виведено їх достовірні дані, з яких розраховано аналогічні параметри для рідких сплавів потрійної системи Bi—Cu—Eu за різними відомими моделями.

Завантажити повний текст

ДІАГРАМА СТАНУ, ІНТЕРМЕТАЛІДИ, КАЛОРИМЕТРІЯ, МОДЕЛЬ ІДЕАЛЬНОГО АСОЦІЙОВАНОГО РОЗЧИНУ, РОЗПЛАВИ, СИСТЕМИ BI—CU—EU, CU—EU, ТЕРМОДИНАМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

Посилання

1. Liu K., Chien C.L., Searson P.C. Finite-size effects in bismuth nanowires. Phys. Rev. 1998. Vol. 58. P. 14 681—14 700.

2. Lu M., Zieve R.J., Van Huslt A., Jaeger H.M., Resenbaum T.F., Radelaar S. Low-temperature electrical-transport properties of single-crystal bismuth films under pressure. Phys. Rev. B. 1996. Vol. 53. P. 1609—1623.

3. Shevchenko M.O., Ivanov M.I., Berezutski V.V., Sudavtsova V.S. Thermodynamic properties of alloys in the binary Ca–Ge system. J. Phase Equilib. Diff. 2015. Vol. 36, No. 6. P. 554—572. doi: 10.1007/s11669-015- 0408-0

4. Dinsdale A.T. SGTE data for pure elements. CALPHAD. 1991. Vol. 15, No. 4. P. 319—427.

5. Bonnier E., Caboz R. Sur l'estimation de l'enthalpie libre de mélange de certains alliages métalliques liquides ternaires. Comp. Rendus Académie Sci. Paris. 1960. Vol. 250, No. 3. P. 527—529.

6. Toop G.W. Predicting ternary activities using binary data. Transactions Metallurgical Soc. AIME. 1965. Vol. 233. P. 850.

7. Kohler F., Findenegg G.H. Zur berechnung der thermodynamischen daten eines ternären systems aus den zugehörigen binären systemen. Monatshefte für Chemie. 1965. Vol. 96, is. 4. P. 1228—125. doi: 10.1007/BF00904272.

8. Muggianu Y.M., Gambino M., Bros J.P. Enthalpies of formation of liquid bismuth–gallium–tin alloys at 723 K. Choice of an analytical representation of integral and partial thermodynamic functions of mixing. J. de Chimie Phys. et de Physico-Chimie Biologique. 1975. Vol. 72. P. 83—88.

9. Redlich O., Kister A. Algebraic representation of thermodynamic properties and the classification of solutions. Int. Eng. Chem. 1948. Vol. 40, No. 2. P. 345—348.

10. Судавцова В.С., Шевченко М.О., Іванов М.І., Кудін В.Г. Термодинамічні властивості сплавів подвійних і потрійних систем, утворених алюмінієм, перехідними та рідкісноземельними металами. Київ: Наук. думка, 2021. 200 с.

11. Судавцова В.С., Шевчук В.А., Кудін В.Г., Подопригора Н.В., Іванов М.І. Термодинамічні властивості розплавів системи Bi—Eu. Успіхи матеріалознавства. 2021. Вип. 3. С. 90—99.

12. Usenko N.I., Ivanov M.I., Petiuh V.M., Witusiewicz V.T. Thermochemistry of binary liquid alloys of copper with barium and lanthanide metals (europium, dysprosium and ytterbium). J. Alloys Comp. 1993. Vol. 190, No. 1. P. 149—155.

13. Ivanov M., Usenko N., Kotova N. Enthalpies of mixing in binary Cu—Eu and ternary Al—Cu—Eu liquid alloys. Int. J. Mat. Res. 2020. Vol. 111(4). P. 273—282.

14. Zhang L.G., Liu L.B., Liu H.S., Jin Z.P. Thermodynamic assessment of Cu—Eu and Cu—Yb system. Comp. Coupling Phase Diagrams and Thermochem. 2007. Vol. 3. P. 264—268.

15. Golovata N., Kotova N., Usenko N. Modelling thermodynamic properties of binary Cu—Eu and ternary Al—Cu—Eu melts. French-ukrainian J. Chem. 2020. Vol. 08, is. 02. P. 73—82.

16. Пригожин И., Дефэй Р. Химическая термодинамика. Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1966. 510 с.

17. Шевченко М.А., Кудин В.Г., Судавцова В.С. Корректность термодинамических свойств двойных сплавов, рассчитанных по модели идеальных ассоциированных растворов. Современные проблемы физического материаловедения. Киев: ИПМ НАН Украины. 2012. Вып. 21. С. 67—77.

18. Shevchenko M.O., Berezutski V.V., Ivanov M.I., Kudin V.G., Sudavtsova V.S. Thermodynamic properties of alloys of the binary Al—Sm, Sm—Sn and ternary Al—Sm—Sn systems. J. Phase Equil. Diff. 2015. Vol. 36, No. 1. P. 39—52. doi: 10.1007/s11669-014-0353-3

19. Судавцова В.С., Шевченко М.А., Иванов М.И., Березуцкий В.В., Кудин В.Г. Термодинамические свойства жидких сплавов меди с лантаном. Журн. физ. химии. 2017. Т. 91, № 6. С. 937—944. doi: 10.7868/S0044453717060279

20. Shevchenko M.O., Ivanov M.I., Berezutski V.V., Sudavtsova V.S. Thermodynamic properties of alloys in the binary Ca–Ge system. J. Phase Equilib. Diff. 2015. Vol. 36, No. 6. P. 554—572. doi: 10.1007/s11669-015- 0408-0

21. Teppo O., Niemelä J., Taskin P. An assessment of the thermodynamic properties and phase diagram of the system Bi—Cu. Thermochimicu Acta. 1990. Vol. 173. P. 137—150.

22. Masalsky T.B. (ed). Binary Alloy Phase Diagrams. 2nd edn. Metals Park, OH: ASM International, 1990

23. Абдусалямова М.Н., Васильева И.Г. Фазовое равновесие и промежуточные фазы в системе Eu—Sb. Журн. химии твердого тела. 2011. T. 184. C. 2751—2755.