Сплавы олова с некоторыми редкоземельными металлами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат технических наук Шукуров, Бахтиер Солиджанович

• Шукуров, Бахтиер Солиджанович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шукуров, Бахтиер Солиджанович

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ГЛАВА I. ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОЛОВА С РЩОЗЕШЛЬШМЙ МЕТАЛЛАМИ И ШУННЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ОЛОВЯННЫХ

ПОКРЫТИЙ

Í.I. Свойства и электронное строение металлического

олова и РЗМ

1.2. Диаграммы состояния сплавов системы олова-РЗМ

1.3. Функциональные свойства оловянных покрытий

1.4. Выводы по обзору литературы

ГЛАВА П. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММ СОСТОЯНИЙ СПЛАВОВ

СИСТЕМ Sr,-Uo (TV)

£.1. Аппаратура и методики исследований'Диаграмм состояний сплавов систем 5п-Ио и Sn-Tm

2.Z. Диаграмма состояния системы - Uo

2.3. Диаграмма

состояния системы Svi- ^"Тт

2.4. Обсуждения результатов

ГЛАВА Ш. ИССЛЕДОВАНИЕ ШЙКО-ХИШЧЕСКИХ СВОЙСТВ СПЛАВОВ

СИСТЕМ Sn- Le (Ce , ?Р , ) и Ъъ-Y

3.1. Методики исследования кинетики окисления и корро-зионно-электрохимических свойств сплавов

3.2. Потенциодинамическое исследование сплавов систем

5.ч - Lo ( Ce,?r,ViJ,Y )

3.3. Кинетика окисления сплавоЕ систем Sn- Се ( Р*, ) кислородом газовой фазы

вывода

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Сплавы олова с некоторыми редкоземельными металлами»

ВВЕДЕНИЕ

^25ЕК§?ьность_теш. Высокая коррозионная стойкость в агрессивных средах, паяемость, низкое контактное сопротивление, высокая электропроводимость определяют применение электролитических оловянных покрытий в электронике, приборостроении, в радиотехнической и электротехнической промышленности. Способность олова образовывать интерметаллические соединения, например, с ниобием, используется для решения задач, связанных со сверхпроводимостью.

Большое техническое значение олова, ограниченность оловянных месторождений, значительная выработка их определяют высокую стоимость металлического олова. Следовательно, олово является одним из цветных металлов, применение которого связанно со строгой экономией, что определяет необходимость:

- разумного лимитирования толщины электролитических оловянных покрытий;

- улучшения качества электролитических оловянных покрытий для обеспечения функциональных свойств (коррозионной стойкости, электрофизических характеристик, структурной стабильности, паяемо с ти), определяющих надёжность эксплуатации аппаратуры и изделий.

Редкоземельные элементы вызывают все возрастающий интерес благодаря наличию у них также ряда уникальных физико-химических свойств. Сочетание их с оловом приводит к появлению новых композиционных материалов,существенно отличающихся по свойствам от исходных компонентов. Поэтому изучение особенностей взаимодействия РЗМ с оловом представляет определённый теоретический и практический интерес.

Результаты исследований взаимодействия в системах -РЗМ направлены на разработку теоретических основ применения РЗМ в ка-

чеетве легирующих добавок к олову и разработка новых коррозионно-стойких оловянных сплавов как покрытий, а построенные диаграммы состояния олова с РЗМ являются научной основой для выбора различных композиций, новых сплавов.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Цель^аботы заключается в исследовании природы физикохими-ческого взаимодействия олова с РЗМ и построении двойных диаграмм состояния -Но и 5п-Тт, а также разработке новых коррозионностой-ких сплавов на основе олова с добавками РЗМ.

заключается в исследовании и построении неизвестных ранее в литературе диаграмм состояния систем -Но и -Тт, изучении коррозионно-электрохимических характеристик сплавов систем -РЗМ (где РЗМ-1.а, Се, Рг, Нс1 ,У ) и определении кинетических параметров процесса окисления твёрдых сплавов систем •он-Се (Рг,М) кислородом из газовой фазы.

Построенные диагршлмы состояния, а также установленные корреляционные зависимости между фазовым составом и электрохимическими свойствами сплавов систем (Се, Рг,№о1 ,У ) могут быть использованы при оптимизации состава, выбора режима термообработки и литья новых оловянных сплавов. На основе выполненной работы разработаны новые сплавы на основе олова, легированные РЗМ» Полученные результаты дополняют справочный материал по диаграммам состояния металлических систем.

^ЗЕобация^работы. Основные результаты исследования обсуждались на международной научно-практической конференции "Химия и экология" (Душанбе, 1998), на республиканской научно-практической конференции "Технический прогресс и производство" посвящённой

1100-летию государства Саманидов (Душанбе, 1999) и научно-теоретической конференции "Вклад молодых учёных в решение проблем современной науки, образования и общества" (Душанбе, 1999).

Публикации. По теме диссертации опубликованно б статей и 5 тезисов докладов.

Диссертация состоит из введения, трёх глав, выводов и изложена на 105 страницах машинописного текста, включая 20 таблиц, 33 рисунка и 79 библиографических ссылок.

Заключение диссертации по теме «Физическая химия», Шукуров, Бахтиер Солиджанович

В ы В О д ы

1. Экспериментально исследованы и построены в интервале 0-25 ат.% РЗМ диаграммы состояния систем Sn -Но и Sn-Тщ. Системы характеризуются образованием интерметаллических соединений состава S^P3M, с вьгражденной эвтектикой со стороны олова.

2. С привлечением расчётно-зкспериментальных методов определены координаты эвтектических и перитектических равновесий в двойных системах олова с РЗМ. Установлено, что системы олова с РЗМ по характеру взаимодействия компонентов делятся на эвтектические, с участием РЗМ иттриевой подгруппы и перитектические с участием РЗМ цериевой подгруппы. По мере заполнения 4 j -оболочки содержание олова в эвтектической точке увеличивается, а в перитектической точке уменьшается. При этом температура плавления интерметаллического соединения состава Sn3 РЗМ уменьшается, тогда как температура плавления чистых РЗМ увеличивается.

3. Потвнциодинамическим методом со скоростью развёртки потенциала 2-20 мВ/сек, в среде 3%-ного раствора хлорида натрия показано, что большие добавки РЗМ к олову сдвигают потенциал коррозии в более отрицательную область. При этом с ростом концентрации РЗМ в олове потенциал питтингообразования смещается в более положительную область, а плотность тока коррозии несколько уменьшается. Соответственно уменьшается и скорость коррозии сплавов.

4. Методом термогравиметрии исследована кинетика окисления двойных твёрдых сплавов систем -Ce(Pr, Mol ) кислородом из воздуха и показано, что окисление сплавов подчиняется параболическому

Д т закону. Истинная скорость окисления имеет порядок 10 кг.м""^.сек"х, кажущаяся энергия активации окисления в зависимости от состава составляет 14,21-2,05 кДж/моль.

5. На основе проведённых исследований предложены составы новых оловянных сплавов, являющихся основой антифрикационных материалов и защитных покрытий.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шукуров, Бахтиер Солиджанович, 1999 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Ахметов Н.С. Неорганическая химия.-М.:Высшая школа, 1975, 483 с.

2. Николаев Л.А. Современная химия:Физ-хим.основы.-М.:Просвещение, 1879, 312 с.

3. Серебренников В.В., .Якунина Г.М., Козик В.В., Сергеев А.И. Редкоземельные элементы и их соединения в электронной технике.-Томск, 1979. 143 с.

4. Ршнейднер К.А. Сплавы редкоземельных металлов.-М.:Мир, 1965.428 с

5. Лебедев В.А., Кобер В.й., Ничков М.§. Исследование методом э.д.с. термодинамических свойств расплавов La-Al и 1а-Р&//Изв.АН GCCP. Металлы, 1972. № 2. 91 с.

6. Кулагина Н.Г., Баянов А.П., Кулагина Н.М. Исследование двойных систем Sn-P3M (la, Nal, Gol , Ег, U )//йзв.АН СССР. Металлы, 1985. № 3. С. 2II-2I6.

7. Ma*SaUk МЦ РЦ-ье DU^amm-b / Д^е-г^аг, "Wle^

\)°г Metc,^. Mel^U Vch>\< <Hi*>, лъъъ.гггъ*.

8. Свойства элементов (под ред.чл.-корр.АН УССР Самсонова Г.В.).-М.:Металлургия. 1976, чЛ. С.523, 539.

9. Савицкий Е.М., Терехова В.Ф. Металловедение редкоземельных металлов.- М. :Наука, 1975. 79 с.

Ю. WsoYie Ц йог-ьезе А., Fe-г^о 1.0* tU alioUj МаУсоаг о^-tetium wli\i Un KXXe^-CowYnoT» Mebti-4982, 6ff.WH-2. M95- 205.

11. W^otig Ck.,Ъо^еье fc.^erao ft. к con-Ui JuAum io Ue -blviA^ <>ir

tu.||2.Q>io^ uná oilg. Cfcem. 5T04..MS6. Р. 433- m.

12. Ямщиков Л.Ш., Кобер В.Н., Лебедев В.А. и др. Термодинамические свойства сплавов церия с цинком, висмутом, алюминием и свинцом-

Б сб.: Сплавы редких металлов с особыми физико-химическими свойствами.-М.:Наука, 1975, 91 с.

13. Сплавы редкоземельных металлов/Е.М.Савицкий, В.Ш.Терехова, И.В.Буров и др.-М.:Йзд-во АН СССР. 1962. - 268 с.

14. Хансен М., Андерко К. Структура двойных сплавов.-М.: Металлург-издат, 1962. т.2. - 875 с.

15. Ерёменко В.Н., Буланова М.В., Листовничий В.Е., Пнтюх В.М. Фазовые равновесия в системе празеодим-олово//Укр. хим.журн. 1988, 54. № 8. С. 787-795.

16. Ерёменко В.Н., Буланова М.В., Баталин В.Г., Листовничий В.Е. Диаграмма состояния системы Рг-Sn в области 0-40 ат.%% ,//Изв. вузов цветн.металлургии. 1987. № 3, С. 65-70.

17. Habclie Ц., ЦоихЛтид Ъъъч^оуэъ^ Ve-аз olí ^ k ll- cq^UcJe

atienen Ы^иП^Ц Н\опаЫ.

18. Wqtice-bc^i Ь,'В^тпо'г.р^и^^тп о % Се5 aud ?г5<эт1Ъ-соп.роч«!^ ¡ll^-^or. ЧьЫьЛ^ЛЬ^™-^*

19. Petaren* ^Kle^o сотп?о*Д!. Al

doJCU -U'ase Ъоле ^ ^ Il AceqcL N

LUcal, *e«A. Ci. ici. Vis., Mcit.Vla4^966.«iO.M?lf.l>.6fl-6î2.

20.JeibcUo M) PaiiU E. 4 ^e eq^H eie-mevd-t» из! Д iU» cxj Wl// Ncl* c^-i.

21.ío^qV,nl M.^M^toT, CdvhçoU: Al W5S1, ц e

datfe "Usse Ъо.ъе "to //fe^J. ftccckd. mi.P.m-tt

22» Ерёменко В.H., Харькова A.M., Обушенко И.M. Диаграмма фазовых равновесий системы неодим-олово в интервале 0-50% (ат) S* // Докл. АН УССР. Сер. A.-I978. fo 12. С. II32-1136. 23. landMi ft.C^-íol Дет^-Ц 4 inWíTurUUu

<1еХ1е ^ е-г^е сит ?о // АШ Дссос).

Cl.-ikcl.VL-b. МсИ:. АЪЩ. 50, V. IV

25. Ерёменко В.Н., Буланова М.В., Марценюк П.С., Листовничий В.Е. Диаграмма состояния системы неодим-олово//Укр.хим.журн. 1988. 54, № 12. С. 1240-1244.

26. РегАегоч и ^апЛеЬи сМЛЫе Де «реЦие*

_ ьата^тп. Ml.se ей ео'и^етасе с1\те. УюпвеЙе Сотлр1 Деп4.ЦсаЛс.1.ЛЗБгсгбШгб.ЯИБО-2Ш.

27. Лебедев В.А., Ефремов В.В., Кобер Б.Н. и др. Термодинамические свойства сплавов самария с алюминием, галлием, индием оловом, сурьмой, свинцом, висмутом-В сб.: Сплавы редких металлов с особыми физико-химическими свойствами.-М.:Наука, 1975. 96 с.

28. Меп<ьот\сх А.Ф^пс*тп'Л Ф^^геп-Ь-сЛ СоЛо^тое^ о-|) ТтАеЪтае^дШс.

29. Сталинский Б., Чопник А., Ильев Н. и др. Магнитные свойства интерметаллических соединений редкоземельных металлов типа ^Х^СХ-Олово, свинец)-В сборн. Редкоземельные металлы, сплавы -М.:Наука, 1973, 121 с.

30. РоРег^отк* А., СЬйаЦс!. Б, Т\и» (д0^^1"™- -[и) ^•ЭДоБе ЦиЛЛ^си 690- <39£.

31. Ерёменко В.Н., Буланова М.В., Марценюк П.С. Фазовые равновесия в системе тербий-олово//Укр.хим.журн. 1991, 57, № 3, С.241-246.

32. Кет^тЛо М^.^^^еп ^и^с (Цър-го-$,1игг, г Ц у. ЬИо^ь а^Л Со^роиис^-

34. с^ие-от а. 1с.

'гепс!.,-1910. аю , -лег. С, тъ.

35. УсхъДЛЬ \UWsotkl № ^«ихЛ.-паг. ЯепЛ .

, ТПО.Л е

о(> а* ^сх^е Ь ^Р'геъъ, Уо'гк ^

4964 МЛ. Р. 222.

37. Эллиот Р.II. Структуры двойных сплавов.-М.:Металлургия, 1970, т.11. 426 с.

38. Терехова Б.Ш., Маркова И.А., Савицкий Е.М. Вопросы теории и применения редкоземельных металлов-М.:Наука, 1964. 124 с.

39. Терехова В.Ф., Савицкий Е.М. Иттрий.-М.:Наука, 1967. Ю1 с.

40. и.^сМс^с, оЛ>. <*1Ц ^Ь^//

^ с/-е - Сохптг.от! МеЦ^И964-^^1'9'"1"^

41. V., Ч-5-ч ска^с^ ||

42. Беляев Л.М., Любутин И.С., Дмитриева Т.В. Физика металлов и металловедение. 1968. 25. 187 с.

43. Савицкий Е.М., Терехова В.Ф., Маркова Н.А., Филимова Р.Ф. Металловед. и термич. обработка металлов.-1962. № 9. 42 с.

44. Виткин А.Н., Тейццл Н.И. Металлические покрытия листовой и полосовой стали.-М.¡Металлургия, 1971. 494 с.

45. Сое,Ы{ V, Меие иМеъьиД ц^е* ч^ъ ^ксМи^

ЮП. Ц. - А2>0.

46.«^ 3-А. еке^оДиЬд "Це

47. Коррозия. Справочник под ред. Л.Л.Шрейера.-М.:Металлургия, 1981. 632 с.

48. Канцлер Дж.Е. Электрические свойства металлов и роль чистоты// В кн.:Сверхчистые металлы.-

М.:Металлургия, 1966. С. 153-162.

49. Пурик Б.А., Озола Э.А., Витиня И.А. %нкциональные свойства электрохимических медных и оловянных покрытий.-Рига:Лат НШНТМ, 1984, 53 с.

50. Пурин Б.А., Цера В.А., Озола Э.А., Витиня И.А. Комплексные электролиты в гальванотехникеРига:Лиесма, 1978. 264 с.

«bo^oLani^^-c. c.cxail'n.Q^o-МеЫ!, Vlv^v^Y^ , ^980 . ?p. ЪБ-bL

52. Si^ Ve^UWn ^ ^

^ <*»»» баЬатДеД^

{ч д ЦМвъБ^ое'е W. Q abatis At

55Wtlefc lou^e^ a^al^i сЦЦа^от,.-

Mel. VUL-Л .V. 54. ??. <69--^,

56.Mq^ C, wLc* <KrA -tie

57

• ^ M'^a l.iwno^j M-Ti.Wn.eUEfc

у *

MeW HU. VP.

- 103 -

^Ue^UeckocL^ схЛ

58. Славинский М.П. Физико-химические свойства элементов.-М.¡Металлургия . 1952. 764 с.

59. Ma^eL Qn oiaiaWti&Q-ruxixxcilc ^at^noiecitiilai, ke^de^el.- f^o^ec^QTvlka _ v^U t А^З. VM2;

60. Пурин Б.A., Озола Э.А., Битиня И.А. Нанесение гальванических покрытий меди, олова и сплава олова-свинец на печатные платы.-Рига:Лат НИИНТИ. 1979. 48 с.

61. V^

49G9. Ъ09-ЫЪ.

62. U.U^Jto^ax,^ MelaII^aAe

^,55-96.

63. ^o^ ^ / ИД

ы?9^.9*6- 95^,

64. Кочержинский Ю.А., Безштонько Н.Н. Высокотемпературный дифференциальный термоанализатор ВДТА/УИзвестия СО АН СССР, серия хим. наук. 1974. Вып.4. $ 9. С. 32-35.

65. Берг А.Г. Введение в термографию-М.¡Металлургия, 1969. 395 с.

66. Панченко Е.В., Скаков Ю.А., Пример Б.И. Лаборатория металлографии .-М.¡Металлургия, 1965. II с.

67. Спедцинг i.X., Даан АД. Редкоземельные металлы.-М.:Металлургия, 1965. 245 с.

68. Коваленко B.C. Металлографические реактивы. Справочник.-М.: Металлургия, 1973. 5 с.

69. Беккерт М., Клемм X. Справочник по металлографическому травлению .-М. ¡Металлургия, 1979. 136 с.

70. Беккерт М., Клеш X. Способы металлографического травления-М.и. Металлургия, 1988. 389 с.

71. Гуляев Б.Б. Диаграммы состояния металлических систем.-М.:Наука, 1968, С. 257-267.

72. Воздвиженский В.М. Прогноз двойных диаграмм состояния - М. : Металлургия, 1975. С. 170-180.

73. Кеме Т. Коррозия металлов -М.:Металлургия, 1984. 400 с.

74. Вайнер А.С. Справочник по защитно-декоративным покрытиям.-М.: Металлургия, 1951. 300 с.

75. Ленинских Б.М., Киселёв В.И. Об окислении жидких металлов и сплавов кислородом из газовой фазы/УИзвестия АН СССР. Металлы. 1974. Го 5. С. 52-54.

76. ТЧоЛе V. Ок^сЯи^ 4 Ме^аЬ // и«* V. 5Ъ. Р^ЭЙ.

77. С.1Д.2Ф-Т^е о1от) а&ц 1е<о|

се . оос. ЛЪ52.

?. 55^-558,

78. Глушкова В. Полиморфизмы окислов редкоземельных элементов.-Л.: Наука. 1967. 132 с.

79. Белецкий М., Ерусалимский М. Электронографическое исследование окислов неодим//Доклады АН СССР. 1960. т.133. С. 355-358.

г.Душанбе

А К Т ИСГ1ЫТАНИ Я

Технологии нанесения коррозионностойких покрытий, содержащих редкоземельные металлы, горячим способом.

Мы, нижеподписавшиеся зав. лабораторией

"Коррозионностойкие материалы" Института химии АН РТ Назаров Х.М., завлабораторией "Проблем метариаловедения" отдела материаловедения АН РТ Эшов Б.Б. и соискатель Института химии АН РТ Шукуров B.C. составили настоящий акт о том, что в период февраль-март месяцев 1999 года на базе оборудований отдела материаловедения были произведены испытания разработанных в Институте химии АН РТ коррозионностойкие сплавы олова, содержащие редкоземельные металлы, в качестве защитных покрытий на стальных изделиях.Нанесение покрытий из расплавов сплава проводились в интервале температуры 450-550° С горячим способом.Подготовленные предварительно (обезжиренные, очищенные, протравленные ) стальные пластины квадратной формы, окунались в разогретый расплав олова и его сплава содержащего 0,005 - 0,1 мас.% РЗМ (неодима) до полного покрытия их поверхности пленкой расплав а. Далее покрытие пленкой пластины подвергались отжигу при 150° С в течение суток и затем подвергались сравнительным коррозионным испытаниям в среде 3%-ного раствора N аС 1.Испытаниями установлено, что образцы покрытые пленкой сплава олова с неодимом, по своей коррозионной стойкости превосходят аналогичные образцы покрытия чистым оловом на 15 %.

Таким образом,сплавы олова с РЗМ, в частности с неодимом могут использоваться в качестве антикоррозионных покрытий в изделиях для электронной техники и машиностроенния.

От отдела материаловедения От института химии АН Республики Таджикистан АН Республики Таджикистан __ihrt^-i _Б.Б.Эшов SH^ Х.М.Назаров

Б.С.Шукуров