Actual Problems in Machine Building 2015 No. 2

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).