Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

3D МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ МЕДИ В ТРОЙНОЙ СИСТЕМЕ Сu-Pb-Tl

Мамедов А.Н. 3 Салимов З.Э. 1 Кулиева С.А. 2 Бабанлы М.Б. 3
1 Азербайджанский технический университет
2 Азербайджанский государственный педагогический университет
3 Институт катализа и неорганической химии им. акад. М. Нагиева НАНA
Проведен расчет и моделирование поверхности кристаллизации меди в тройной системе Сu-Pb-Tl в интервале концентраций xCu=0.0÷0.2 и xCu=0.855÷1.0 моль доли по разрезам yTl=xTl/(xPb+хTl)=0÷1.0. Уравнение расчета включает аналитические выражение ликвидуса двойных граничных систем и функцию, определенную по ограниченному количеству экспериментальных данных ДТА для тройной системы. Уравнение позволило моделировать и визуалировать поверхности первичной кристаллизации меди по обе стороны от области расслаивания в виде зависимости температуры ликвидуса от состава с помощью программы grafikus.ru/plot3d.
поверхность кристаллизации меди
тройная система медь-свинец-таллий
моделирование и визуалирование
3D график
1. Бабанлы М.Б., Салимов З.Э., Мамедов З.Г., Елчиев Я.М. T-x-у диаграмма системы Cu-Tl-Pb // Ученые зап. АзТУ: тематич. сборник, Баку, 1991. – C. 27-31.
2. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди: Справочник / Под ред. Н.Х. Абрикосова. –М.: Наука, 1979. – 248 с.
3. Мамедов А.Н., Салимов З.Э, Бабанлы М.Б. 3D моделирование поверхности расслоения жидких фаз в тройной системе Сu-Tl-Pb // Аз. химич. журнал. – 2014. – №.4. – C.12-15.
4. Mamedov A.N. Termodinamika sistem s nemo­lekulyarnymi soedineniyami: Raschet i approksimatsiya termodinamicheskikh funktsiy i fazovykh diagramm (Russian Edition). LAP. Germany 2015. 124 p.
5. Mamedov A.N., Mekhdiev I.G. Bagirov Z.B. Thermodynamic calculation of the likuidus in ternary mutual systems // High Temperatures–High Pressures. 1997.V. 29. P. 689.

Фазовая диаграмма системы Сu-Pb-Tl изучена в работе [1]. Граничные системы Cu-Pb и Cu-Tl характеризуются областью несмешиваемости в жидкой фазе [2]. В системе Cu-Pb при температуре монотектического равновесия 955°С расслаивание охватывает область составов xCu=0.35÷0.845, критическая температура растворимости равна 9950C. В системе Cu-Tl при температуре монотектики 968°С расслаивание имеет место в области концентраций xCu=0.17÷0.855, при этом критическая температура растворимости равна 1260°C. В работе [3] проведен расчет и моделирование поверхности расслаивания жидкой фазы в тройной системе Сu-Pb-Tl в интервале температур 955-1260°C и концентраций xCu=0.17÷0.855.

Целю данной работы является моделирование и визуалирование поверхности кристаллизации меди в тройной системе Сu-Pb-Tl. Использована расчетная методика, описанная в работах [3,4,5]. Уравнение аналитической модели поверхности ликвидуса имеет вид

Т(1-2-3)(x,y)=y2 Т1(12) (х1)+ +(1–y2)Т1(13) (х1)+aх1(1–х1)2y2(1–y2), (1)

где Т – температура, К; y2= x2/(1–х1); (1–y2)=x3/(1–х1); a – определяется по 3-5 измерениям ДТА для тройной системы. Т1(12) (х1) и Т1(13)(х1) –аналитические выражения ликвидуса двойных граничных систем.

Для расчета и визуалирования поверхности ликвидуса меди с помощью программы grafikus.ru/plot3d использован способ описания состава, приведенный на рис. 1б. В этом случае x1–мольная доля компонента 1,

y2(23)=x2/(x2+х3)=x2/(1–х1). (2)

Эти два параметра достаточны для представления состава тройной системы, так как x2=y2/(1–х1) и x3=1–x2–x3. В более общей форме выражение (2) можно представить в виде

yj(jk)=xj/(xj+хk)=xj/(1– хi),

где xi –мольная доля компонента i. Представление составов тройной системы в такой форме (рис. 1б) позволяет представить результаты расчетов функции Т(x,y) в трехмерных координатах (рис. 3–5).

Уравнение (1) применительно к системе Cu-Pb-Tl имеет вид

Т(Cu-Pb-Tl)=yPbТ(Cu–Pb)(хCu)+ +(1–yPb)Т(Cu-Tl)(хCu)+ +aхCu(1–хCu)yPb(1–yPb), (3)

где yPb= xPb/(1–хCu); (1–yPb)=xTl/(1–хPb).

T (Cu-Tl)=1358–1130x2(1–x); (4)

Т (Cu-Pb)= 1358–1450x3(1–x). (5)

Соотношения (4) и (5) с высокой точностью аппроксимируют кривые ликвидуса меди в двойных граничных системах Cu-Pb и Cu-Tl (таблица). Подставляя аналитические выражения кривых ликвидуса меди в двойных граничных системах и значение величины а в уравнение (3) получаем:

T(Сu-Tl–Pb)=1358– –1130x2(1–x)y–1450x3(1–x)(1–y)+ +40хCu(1–хCu)yPb(1–yPb), (6)

где x=xCu, y=xPb/(xPb+ xPb).

Поверхность кристаллизации меди в тройной системе Cu–Pb–Tl в интервале концентрации xCu=0.845÷1.0, вычисленная по уравнению (6), визуалирована на рис. 2.

а б

mamed1.tiff

Рис. 1. Способы представления составов тройной системы

mamed2.tiff

Рис. 2. Поверхность ликвидуса меди в системе Cu-Pb-Tl в интервале концентрации xCu=0.845÷1.0 

Экспериментальные и расчетные данные для кривых кристаллизации меди в системах Cu-Pb и Cu–Tl в интервале концентрации xCu=0.845÷1.0.

хCu(Cu-Tl)

Т, К

хCu (Cu-Pb)

Т, К

эксп. [2]

Расчет (3)

эксп. [2]

Расчет (4)

1.0

0.95

0.90

0.845

1358

1296

1258

1241

1358

1307

1266

1238

1.0

0.95

0.90

0.845

1358

1290

1247

1228

1358

1295

1252

1224

Для расчета поверхности кристаллизации меди в в тройной системе Cu–Pb–Tl в интервале концентрации xCu=0÷0.2 использован следующий подход. Вначале определили аналитическое выражение кривой ликвидуса твердых растворов TlxPb1-x в системе Tl–Pb:

T, K=(601+402y1.6)(1–y)0.3, (6)

где y=xTl/(xPb+xPb). Далее по экспериментальным данным трех симметрично расположенных составов тройной системы определили функцию зависимости температуры ликвидуса от концентрации меди:

T, K=(601+402y1.6)(1–y)0.3+ +41600x(1–x)4y(1–y), (7)

которая позволила с высокой точностью (до 5°) вычислить и визуалировать поверхность кристаллизации меди в тройной системе Cu–Pb–Tl в интервале концентрации xCu=0÷0.2 (рис. 3,4).

mamed3.tiff

Рис. 3. Поверхность ликвидуса меди в системе Cu-Pb-Tl в интервале концентрации xCu=0÷0.2 

mamed4.tiff

Рис. 4. Поверхность ликвидуса меди в системе Cu-Pb-Tl в интервале концентрации xCu=0÷0.2 ниже 1200 К

Особенность поверхности ликвидуса на рис. 2-4 состоит в том, что компонент Cu представлен линией. Несмотря на это, точки на поверхности точно отражают состав тройной системы при соответствующем значении температуры ликвидуса.

Таким образом, на основании аналитических выражений кривых ликвидуса двойных граничных систем с использованием ограниченного числа данных ДТА решена задача 3D моделирования поверхности кристаллизации меди в тройной системе Cu-Pb-Tl. Эти данные вместе с аналитическим выражением поверхности расслоения жидкой фазы [3], представляют 3D модель фазовой диаграммы системы Cu-Pb-Tl.


Библиографическая ссылка

Мамедов А.Н., Салимов З.Э., Кулиева С.А., Бабанлы М.Б. 3D МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ МЕДИ В ТРОЙНОЙ СИСТЕМЕ Сu-Pb-Tl // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 1-5. – С. 804-807;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=34947 (дата обращения: 07.08.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074