Температурная зависимость теплоемкости и изменение термодинамических функций свинцового сплава ССуЗ с кальцием Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 620.193 + 541.138.2

DOI: 10.14529/met190304

ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ТЕПЛОЕМКОСТИ И ИЗМЕНЕНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ СВИНЦОВОГО СПЛАВА ССуЗ С КАЛЬЦИЕМ

О.Х. Ниёзов1, И.Н. Ганиев2, А.Г. Сафаров3, Н.М. Муллоева4, У.Ш. Якубов1

1 Институт химии им. В.И. Никитина АН Республики Таджикистан, г. Душанбе, Республика Таджикистан,

2 Таджикский технический университет им. академика М. С. Осими, г. Душанбе, Республика Таджикистан,

3 Физико-технический институт им. С. У. Умарова АН Республики Таджикистан, г. Душанбе, Республика Таджикистан,

4 Государственное научное учреждение «Центр исследования инновационных технологий при Академии наук Республики Таджикистан»,

г. Душанбе, Республика Таджикистан

Рассматриваются сплавы системы «свинец - сурьма», которые характеризуются простой эвтектикой и небольшой взаимной растворимостью компонентов (максимальная 3,5 мас. % Sb) и отличаются высокой механической прочностью, литейными свойствами. Эти сплавы широко применяются в аккумуляторной промышленности для изготовления решеток и в отдельных случаях для отливки анодов для электролиза сернокислых растворов цинка, кадмия и марганца.

Сплав ССуЗ отличается высокой механической прочностью, литейными свойствами и используется в типографии, для производства подшипников, а также для пайки различных металлов. Сплавы свинца типа СсуЗ используются в кабельной промышленности, где им предохраняют от коррозии телеграфные и электрические провода при подземной или подводной прокладке.

Теплоёмкость является важнейшей характеристикой веществ, и по её изменению от температуры можно определить тип фазового превращения, температуру Дебая, энергию образования вакансий, коэффициент электронной теплоёмкости и др. свойства. В работе представлены результаты экспериментального определения теплоемкости сплава ССуЗ с кальцием и расчет температурной зависимости изменений термодинамических функций сплавов. Исследования температурной зависимости теплоемкости сплава ССуЗ с кальцием проводились в режиме «охлаждения» с применением компьютерной техники и программы Sigma Plot. Установлены полиномы температурной зависимости теплоемкости и изменение термодинамических функций (энтальпия, энтропия и энергии Гиббса) сплава ССуЗ с кальцием и эталона (Cu), которые с коэффициентом корреляции ^корр = 0,999 описывают эти изменения. Показано, что с ростом содержания кальция теплоёмкость исходного сплава уменьшается, а с ростом температуры - увеличивается. Энтальпия и энтропия сплава ССуЗ и сплавов с кальцием с ростом температуры увеличиваются, а значения энергии Гиббса уменьшаются.

Ключевые слова: сплав ССу3, стронций, теплоемкость, режим «охлаждения», энтальпия, энтропия, энергия Гиббса.

Введение

В гидроэлектрометаллургии, гальванотехнике, аккумуляторном производстве и кабельной технике свинец и его сплавы широко используются в качестве материала анода и защитной оболочки. Несмотря на ряд разработанных новых анодных материалов и защитных покрытий, свинец, несомненно, останется основным материалом для крупномасштабных электрохимических производств и кабельной

техники. В этой связи особо актуален вопрос правильного выбора легирующих элементов, которые не только способствовали бы повышению анодной стойкости свинца, но и удовлетворяли бы требования технологии в случае, если ионы этих элементов будут поступать с анода в раствор и оказывать воздействие как на катодный, так и на анодный процессы [1-4].

Согласно другой точке зрения, стойкость свинца зависит от изменения или модифици-

рования его структуры при легировании, т. е. от величины кристаллов сплава. Модификаторами структуры сплава могут служить металлы, имеющие малую межатомную связь и, следовательно, низкую температуру плавления, малую прочность и твёрдость. Адсорби-руясь на зарождающихся кристаллах, они тормозят их рост, уменьшают поверхностную энергию вновь зарождающегося кристалла, в результате чего образуется высокодисперсный сплав. Таким образом, исследование физико-химических, теплофизических и термодинамических свойств сплавов свинца с щелочноземельными металлами является актуальной задачей, так как позволяет научно обосновать выбор состава двойных и многокомпонентных сплавов для различных отраслей техники, в том числе кабельной [3, 4].

Целью настоящей работы является изучение влияния добавок кальция на теплофи-зические свойства и термодинамические функции сплава свинца с сурьмой марки ССуЗ.

Теория метода и описание установки

Одним из методов, позволяющий корректно установить температурную зависимость теплоемкости металлов и сплавов в области высоких температур, является метод сравнения скоростей охлаждения двух образцов, исследуемого и эталонного, по закону охлаждения Ньютона - Рихмана.

Расчет теплоемкости основывается на следующих уравнениях.

Количество тепла, переданное образцом объёма dV за время dт, равно

Приравнивая выражения (1) и (2), полу-

5Q = ѰРp—dVd х, d х

(1)

о

где СР - удельная теплоемкость металла; р - плотность металла; Т - температура образца (принимается одинаковая во всех точках образца, так как линейные размеры тела малы, а теплопроводность металла велика).

С другой стороны, количество тепла, переданное образцом за отрезок времени dx в окружающую среду, можно вычислить по закону

5Q = a(T - T0)dSd х, (2)

где а - коэффициент теплоотдачи, зависящий от состояния поверхности образца; Т - температура поверхности; Т0 - температура окружающей среды; S - площадь поверхности всего образца.

чим

iT

СРp—dV = a(T -T0)dS. d х

dT

(3)

Здесь — - скорость охлаждения, показы-d х

вающая, как быстро меняется температура остывающего образца со временем, т. е. изменяется его температура за единицу времени.

Количество тепла, которое теряет весь объём образца, равно

V

Q = ^СРPdTdV = ia(T -To)dS,

(4)

Полагая, что Ср, р и — не зависят от

d х

координат точек объема, а а, Т и Т0 не зависят от координат точек поверхности образца, можно записать

СРpV^ = a(T -To)S, d х

или

СРm = a(T - T0 )S, d х

(5)

(6)

где V - объем всего образца, а pV = т - масса.

Соотношение (6) для двух образцов одинакового размера при допущении, что 51 = S2, Т1 = Т2, а1 = а2, запишется так:

г ¿т 1

,о т V <1 х )

с 0 = с 0

Р m2 [ dT d х

(7)

где тх = p1V1 - масса эталона; т2 = p2V2 -

( ¿Т Л ( ¿Т Л масса исследуемого образца; I — I , I — I -

V dх ) V dх )2

скорости охлаждения эталона и изучаемых образцов при данной температуре.

Для определения теплоемкости строятся кривые охлаждения исследуемых образцов и эталона (Си). Кривая охлаждения представляет собой зависимость температуры образца от времени при охлаждении его в неподвижном воздухе.

Тройные сплавы, т. е. сплав ССу3 с кальцием, получали в шахтной лабораторной печи сопротивления типа СШОЛ при температуре 650-700 °С. Содержание кальция в сплавах варьировалось в передах 0,01-0,5 мас. %. Из полученных сплавов отливались цилиндрические образцы диаметром 16 мм, длиной 30 мм в графитовую изложницу заданной фор-

2

мы для исследования теплоемкости. Содержание кальция в сплавах определяли гравиметрическим методом путём перевода его в оксалатную.

Измерение теплоемкости проводилось на установке, схема которой представлена на рис. 1. Установка состоит из следующих узлов: электропечь 3 смонтирована на стойке 6, по которой она может перемещаться вверх и вниз (стрелкой показано направление перемещения). Образец 4 и эталон 5 (тоже могут перемещаться) представляют собой цилиндр длиной 30 мм и диаметром 16 мм с высверленными каналами с одного конца, в которые вставлены термопары 4 и 5. Концы термопар подведены к цифровому многоканальному термометру 7, который подсоединен к компьютеру 8.

Включаем электропечь 3 через автотрансформатор 1, установив нужную температуру с помощью терморегулятора 2. По показаниям цифрового многоканального термометра 7 отмечаем значение начальной температуры. Вдвигаем измеряемый образец 4 и эталон 5 в электропечь 3 и нагреваем до нужной температуры, контролируя температуру по показаниям цифрового многоканального термометра на компьютере 8. Далее измеряемый образец 4

и эталон 5 одновременно выдвигаем из электропечи 3. С этого момента фиксируем снижение температуры. Записываем показания цифрового термометра 7 на компьютере 8 через фиксированное время (от 0,1 до 20 с). Охлаждаем образец и эталон ниже З0 °С.

Теплоёмкость сплава ССуЗ с кальцием измеряли в режиме «охлаждения» по методикам, описанным в работах [5-16]. Обработка результатов измерений и построение графиков производилось с помощью программ MS Excel и Sigma Plot. Значения коэффициента корреляции Лкорр > 0,998, что подтверждает

правильность выбора аппроксимирующей функции. Временной интервал фиксации температуры составлял 10 с. Относительная ошибка измерения температуры в интервале от 40 до 400 °С составляла ±1 %, а в интервале более 400 °С - ±2,5 %. Погрешность измерения теплоемкости по предлагаемой методике не превышает 4 %.

Полученные зависимости скорости охлаждения образцов сплавов описываются уравнением вида

T = -a exp(-6x) - p exp(£ т),

(8)

где а, Ь, р, k - постоянные для данного образца, т - время охлаждения.

Рис. 1. Установка для определения теплоемкости твердых тел в режиме «охлаждения»: 1 - автотрансформатор; 2 - терморегулятор; 3 - электропечь; 4 - образец измеряемый; 5 - эталон; 6 - стойка электропечи; 7 - многоканальный цифровой термометр; 8 - регистрирующий прибор (компьютер). (Малый патент РТ № и 877. Установка для определений теплоемкости и теплопроводности твердых тел.

Приоритет изобретения от 20.04.2017)

Дифференцируя уравнение (8) по т, получаем уравнение для определения скорости охлаждения сплавов

— = -abe~H- pke~kx. d х

(9)

По этой формуле нами были вычислены скорости охлаждения эталона и образцов из сплава ССу3 с кальцием.

Результаты и их обсуждение

Результаты исследования температуры охлаждения изучаемых сплавов представлены на рис. 2. В общем случае полученный график температуры образцов (Т) от времени охлаждения (т) для образцов сплава ССу3 с кальцием имеют вид наклонных линий, которые отражают непрерывное уменьшение температуры образцов и эталона по мере их охлаждения. На кривых охлаждения термические эффекты, связанные с фазовым превращением, не обнаружены.

Обработкой кривых скорости охлаждения образцов установлены экспериментальные значения коэффициентов а, Ь, р, k, аЬ, pk уравнения (9), которые приведены в табл. 1.

Кривые скорости охлаждения сплавов представлены на рис. 3.

Расчет скорости охлаждения образцов проводился по уравнению (9).

Для определения удельной теплоемкости сплава ССу3 с кальцием использовали формулу (7). Проводя полиномную регрессию, получили следующее общее уравнение для температурной зависимости удельной теплоёмкости эталона (Си марки М00) и сплава ССу3 с кальцием:

СР = а + ЬТ + сТ2 + dT3. (10)

Значения коэффициентов в уравнении (10) представлены в табл. 2.

На рис. 4 и в табл. 3 приведены результаты расчетов температурной зависимости

Рис. 2. График зависимости температуры (Т) от времени охлаждения (т) для образцов из сплава ССу3 с кальцием

Таблица 1

Значения коэффициентов a, b,p, к, ab,pk в уравнении (9) для сплава ССу3 с кальцием

Содержание кальция в сплаве ССу3, мас. % а, К b -10-3, с-1 Р, К к -10-5, с-1 ab, К • с"1 рк •Ю-2, К • с"1

Сплав ССу3 (1) 262,0 8,13 296,42 3,50 2,13 1,04

(1) + 0,01 Са 232,0 8,58 311,20 4,47 1,99 1,39

(1) + 0,05 Са 235,9 8,81 310,55 4,25 2,08 1,32

(1) + 0,1 Са 231,1 8,89 309,97 4,35 2,06 1,35

(1) + 0,5 Са 245,0 9,35 309,74 3,98 2,29 1,23

Эталон (Си марки М00) 186,0 4,06 316,51 4,59 7,56 1,45

Рис. 3. Температурная зависимость скорости охлаждения образцов из эталона (Си) и сплава ССуЗ с кальцием

Таблица 2

Значения коэффициентов а, Ь, с, d в уравнении (10) для эталона и сплава ССуЗ с кальцием

Содержание кальция в сплаве ССуЗ, мас. % а, Дж/кгК ь, Дж/кгК2 с, Дж/кгК3 Дж/кгК4 Коэффициент корреляции Я2, %

Сплав ССуЗ (1) -3643,537 23,193 -0,044 3,07 0,9989

(1) + 0,01 Са -951,4588 20,700 0,0065 -8,28 0,9998

(1) + 0,05 Са -1200,216 3,5171 0,0038 -6,73 0,9997

(1) + 0,1 Са -1054,343 2,5748 0,0058 -7,93 0,9988

(1) + 0,5 Са -1356,691 4,5972 0,0013 -4,14 0,9999

Эталон (Си марки М00) 324,4543 0,2751 0,000287 1,4210-6 1,00

Рис. 4. Температурная зависимость удельной теплоёмкости (кДж/кгК) эталона (Си марки М00) и сплава ССуЗ с кальцием

Таблица 3

Температурная зависимость удельной теплоёмкости (кДж/кгК) сплава ССу3 с кальцием, эталона (Cu марки М00) и свинца С2

Содержание кальция в сплаве ССу3, мас. % Т, К Рост CP, %

300 350 400 450 500

Сплав ССу3 (1) 0,2043 0,3528 0,3911 0,3979 0,4539 122,17

(1) + 0,01 Са 0,1400 0,2228 0,3914 0,5299 0,6756 382,57

(1) + 0,05 Са 0,1343 0,2376 0,4160 0,5697 0,7279 441,99

(1) + 0,1 Са 0,1316 0,2355 0,4071 0,5596 0,7077 437,76

(1) + 0,5 Са 0,1290 0,2396 0,4222 0,5811 0,7414 474,73

Рост СР,% -36,86 -32,09 7,95 46,04 63,34

Эталон (Си марки М00) 0,3859 0,3917 0,3976 0,4031 0,4081 5,74

Си [17] 0,3839 0,3916 0,3976 0,4030 0,4079 6,25

РЬ [17] 0,1275 - 0,1328 - 0,1376 7,92

РЬ [18] 0,1191 0,1221 0,1284 0,1355 0,1408 18,22

Свинец (РЬ марки С2) [19] 0,1191 0,1221 0,1284 0,1355 0,1408 18,22

удельной теплоемкости эталона (Си) и сплава ССу3 с кальцием через 50 К. Из рис. 4 видно, что в исследованном температурном интервале с ростом температуры теплоемкость сплава ССу3 с кальцием растёт, а у эталона (меди) изменяется незначительно. Приведённые в табл. 3 значения теплоёмкости свинца, полученные нами [19] по вышеописанной методике, хорошо согласуются с данными, представленными в справочниках [17, 18].

Используя вычисленные данные по теплоемкости сплава ССу3 с кальцием и экспе-

риментально полученные величины скорости охлаждения образцов, нами был рассчитан коэффициент теплоотдачи а(Т) (Вт/(Км2)) для эталона (Си) и сплава ССу3 с кальцием по следующей формуле

dT

CP m

a =

d х

T - т) s'

(11)

Для сплава ССу3 с кальцием температурная зависимость коэффициента теплоотдачи представлена на рис. 5.

Рис. 5. Температурная зависимость коэффициента теплоотдачи эталона (Си) и сплава ССу3 с кальцием

Таблица 4

Температурная зависимость изменения термодинамических функций сплава ССу3 с кальцием и эталона (Си марки М00)

Содержание кальция в сплаве ССуЗ, мас.% [H 0 (T) - H 0 (T0*)], кДж/кг для сплавов

Т, К

З00 З50 400 450 500

Сплав ССуЗ (1) 0,221741 11,5З511 З0,72191 55,12277 8З,20707

(1) + 0,01 Са 0,049268 6,160797 21,1717 44,З757З 74,7561З

(1) + 0,05 Са 0,04574 6,509412 22,61З49 47,52641 80,17774

(1) + 0,1 Са 0,0486З8 6,411224 22,14ЗЗ4 46,47968 78,З5754

(1) + 0,5 Са 0,0З8968 6,481416 22,8228 48,21625 81,6596З

Эталон (Cu марки М00) 0,711986 20,1З154 З9,8675 59,88805 80,16671

[S0(T) - S0(T0 )], кДж/кг К для сплавов

Сплав ССуЗ (1) 0,000841 0,0З8516 0,09З79З 0,1566 0,222494

(1) + 0,01 Са 0,000165 0,018644 0,058477 0,112959 0,176855

(1) + 0,05 Са 0,00015З 0,019685 0,062418 0,120912 0,18958З

(1) + 0,1 Са 0,00016З 0,019З97 0,061144 0,118285 0,185ЗЗ1

(1) + 0,5 Са 0,0001З 0,019586 0,062945 0,122565 0,192898

Эталон (Cu марки М00) -0,010ЗЗ 0,049525 0,10222З 0,149З79 0,192105

[G0 (T) - G0 (T0*)], кДж/кг для сплавов

Сплав ССуЗ (1) -0,0З046 -1,945З8 -6,79524 -15,З472 -28,0З98

(1) + 0,01 Са -0,00015 -0,З6466 -2,21910 -6,45572 -1З,6714

(1) + 0,05 Са -0,0001З -0,З804З -2,З5З6З -6,88З91 -14,61З8

(1) + 0,1 Са -0,00015 -0,З7775 -2,З1417 -6,7484З -14,З078

(1) + 0,5 Са -0,00011 -0,З7З54 -2,З5515 -6,9З792 -14,7895

Эталон (Cu марки М00) З,811822 2,797884 -1,02179 -7,ЗЗ2З2 -15,886

* T0 = 298,15 К

для эталона (Си марки М00) и сплава ССу3 с кальцием по уравнениям (12)-(14) через 50 К представлены в табл. 4.

Заключение

Получены полиномы температурной зависимости теплоемкости и изменение термодинамических функций (энтальпия, энтропия и энергия Гиббса) для эталона (Си марки М00) и сплава ССу3 с кальцием, которые с коэффициентом корреляции Якорр = 0,999 описывают их изменения. Показано, что с ростом температуры удельная теплоёмкость, энтальпия и энтропия сплава ССу3 с кальцием увеличиваются, а значения энергии Гиббса уменьшаются. С ростом содержания кальция теплоемкость исходного сплава ССу3 до температуры 400 К уменьшается, далее до 500 К незначительно растёт. Указанные изменения теплоёмкости сплавов связаны с ростом сте-

Для расчета температурной зависимости изменений энтальпии, энтропии и энергии Гиббса для сплава ССу3 с кальцием были использованы интегралы от удельной теплоемкости по уравнению (10):

Н V) -Н°(Т,) = а(Т -т,) + 2(т2 -т2) + Г d

+г3(т - т3)+4(т4 - Т4); (12)

50(Т) -5°(Т)) = а 1пТ + Ь(Т -Т0) + Т0

Г d +-{Т2 -Т2) + -(Т3 -Т3); (13)

[С0 (Т) - G0 (298,15)] = [Н0 (Т) - Н0 (298,15)] -

-Т [5 0(Т) - 50 (298,15)]. (14)

Результаты расчетов температурной зависимости изменения энтальпии (кДж/кг), энтропии (кДж/кгК) и энергии Гиббса (кДж/кг)

пени гетерогенности структуры сплава ССу3 при легировании его кальцием [20, 21].

Литература

1. Белоруссов, Н.И. Электрические кабели, провода и шнуры. Справочник /Н.И. Белоруссов, Л.Е. Саакян, А.И. Яковлев. - М.: Энергия, 1979. - С. 20-21.

2. Никольский, К.К. Защита от коррозии металлических кабелей / К.К. Никольский. -М.: Связь, 1970. - 170 с.

3. Дунаев, Ю.Д. Нерастворимые аноды на основе свинца / Ю.Д. Дунаев. - Алма-Ата: Наука Каз. ССР, 1978. - 316 с.

4. Муллоева, Н.М. Физикохимия сплавов свинца с щелочноземельными металлами: мо-ногр. / Н.М. Муллоева, И.Н. Ганиев, Х.А. Мах-мадуллоев. - Германия: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013. - 152 с.

5. Влияние лития на теплоёмкость и изменение термодинамических функций алюминиевого сплава АЖ2.18 / Х.Х. Азимов, И.Н. Ганиев, И.Т. Амонов, Н.Ф. Иброхимов // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. - 2018. - Т. 16, № 1. -С. 37-44.

6. Иброхимов, Н.Ф. Влияние иттрия на теплофизические свойства сплава АМг2 / Н.Ф. Иброхимов, И.Н. Ганиев, Н.И. Ганиева // Научный вестник НГТУ. - 2017. - № 2 (67). -С. 177-187.

7. Температурная зависимость теплоемкости и термодинамических функций сплава АК12М2, модифицированного стронцием / Ф.Ш. Зокиров, И.Н. Ганиев, А.Э. Бердиев, Н.Ф. Иброхимов // Известия СПбГТИ (ТУ). -2017. - № 41 (67). - С. 22-26.

8. Температурная зависимость теплоемкости и термодинамических функций сплава АКТМ2, легированного празеодимом и неодимом / И.Н. Ганиев, Х.Х. Ниёзов, Б.Н. Гулов и др. // Вестник СибГИУ. - 2017. - № 3 (21). -С. 32-39.

9. Температурная зависимость теплоёмкости и изменение термодинамических функции сплавов системы Pb-Ba / Н.М. Муллоева, И.Н. Ганиев, Б.Б. Эшов, М.С. Аминбекова // Вестник СПбГТиД. - 2018. - № 2. - С. 69-75.

10. Влияние церия на теплофизические свойства сплава АМг2 / Н.Ф. Иброхимов, И.Н. Ганиев, З. Низомов и др. // Физика металлов и металловедение. - 2016. - Т. 117, № 1. - С. 53. DOI: 10.1134/s0031918x16010063

11. Влияние добавок германия и олова на теплопроводность сплава АК7М2 в зависимости от температуры / С.С. Гулов, И.Н. Ганиев, М.М. Сафаров, Н.И. Ганиева // Доклады АН РТ. - 2016. - Т. 59, № 3-4. - С. 142-145.

12. Влияние лантана, празеодима и неодима на теплофизические свойства сплава АМг4 / С.Ж. Иброхимов, Б.Б. Эшов, З.В. Кобу-лиев, И.Н. Ганиев // Вестник ТТУ. - 2016. -Т. 3, № 3. - С. 33-36.

13. Ганиев, И.Н. Теплофизические свойства и термодинамические функции сплавов системы Pb-Sr / И.Н. Ганиев, Н.М. Муллоева, З. Низомов, Х.А. Махмадуллоев // Известия Самарского научного центра РАН. - 2014. -Т. 16, № 6. - С. 38-42.

14. Температурная зависимость термодинамических функций сплавов Zn5Al и Zn55Al / И.Н. Ганиев, Д.Н. Алиев, Н.Ф. Иброхимов и др. // Доклады АН РТ. - 2014. - Т. 57, № 7. -С. 588-593.

15. Температурная зависимость теплоёмкости и коэффициента теплоотдачи сплава АК12М2 / Ф.Ш. Зокиров, И.Н. Ганиев, Н.Ф. Ибрахимов, А.Э. Бердиев // Вестник ТУТ. - 2014. - № 1 (22). - С. 22-24.

16. Температурная зависимость теплоёмкости сплава АКТМ2, легированного редкоземельными металлами / З. Низомов, Б. Гулов, И.Н. Ганиев и др. // Доклады АН РТ. - 2011. -Т. 54, № 11. - С. 917-921.

17. Зиновьев, В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах / В.Е. Зиновьев. - М. : Металлургия, 1989. -384 с.

18. Равдель, А.А. Краткий справочник физико-химических величин / А.А. Равдель. - М.: ТИД «АРИС», 2010. - 240 с.

19. Умаров, М.А. Температурная зависимость теплоемкости и изменение термодинамические функций свинца марки С2 / М.А. Умаров, И.Н. Ганиев // Известия Самарского научного центра РАН. - 2018. - Т. 20, № 1. - С. 23-29.

20. Ганиев И.Н. Стронций - эффективный модификатор силуминов / И.Н. Ганиев, А.В. Вахобов // Литейное производство. -2000. - № 5. - С. 28-29.

21. Барий - новый модификатор силуминов / Т.Б. Каргаполова, И.Н. Ганиев, Х.А. Махмадуллоев, М.М. Хакдодов // Литейное производство. - 2000. - № 10. - С. 9-10.

Ниёзов Омадкул Хамрокулович, аспирант, Институт химии им. В.И. Никитина АН Республики Таджикистан, г. Душанбе, Республика Таджикистан; [email protected].

Ганиев Изатулло Наврузович, д-р хим. наук, профессор, академик АН Республики Таджикистан, профессор кафедры технологии химических производств, Таджикский технический университет им. академика М.С. Осими, г. Душанбе, Республика Таджикистан; [email protected].

Сафаров Амиршо Гоибович, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник, Физико-технический институт им. СУ. Умарова АН Республики Таджикистан, г. Душанбе, Республика Таджикистан; [email protected].

Муллоева Нукра Мазабшоевна, канд. хим. наук, старший научный сотрудник, Государственное научное учреждение «Центр исследования инновационных технологий при Академии наук Республики Таджикистан», г. Душанбе, Республика Таджикистан; [email protected].

Якубов Умарали Шералиевич, докторант PhD, Институт химии им. В.И. Никитина АН Республики Таджикистан, г. Душанбе, Республика Таджикистан; [email protected].

Поступила в редакцию 3 ноября 2018 г.

DOI: 10.14529/met190304

THE TEMPERATURE DEPENDENCE OF CALORIFIC CAPACITY AND THERMODYNAMIC FUNCTION CHANGES FOR THE COMPOSITION OF LEAD-ANTIMONY-3 ALLOY AND CALCIUM

0.H. Niyozov1, [email protected],

1.N. Ganiev2, [email protected], A.G. Safarov3, [email protected],

N.M. Mulloeva4, [email protected], U.Sh. Yakubov1, [email protected]

1 V.I. Nikitin Institute of Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan, Dushanbe, Republic of Tajikistan,

2 Technical University named after academic M.S. Osimi, Dushanbe, Republic of Tajikistan,

3 Physical-Technical Institute named after S. U. Umarov of the Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan, Dushanbe, Republic of Tajikistan,

4 State Scientific Institution "Center for Research of Innovative Technologies at the Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan", Dushanbe, Republic of Tajikistan

This article deals with lead-antimony alloys that are characterized by simple eutectic and low mutual solubility of their components (up to 3.5% of the Sb mass) and have high mechanical integrity and casting properties. These alloys are widely used in the battery production industry for accumulator grids manufacturing and, in some cases, for the molding of anodes for the electrolysis of sulfuric acid solutions of zinc, cadmium, and manganese.

The lead-antimony-3 alloy has high mechanic integrity, good casting properties and it is used in printing, bearing production, and for different metal brazing. Alloys like lead-antimony-3 are used in the cable industry as means of rust-protection for underground and underwater data and power cables.

Calorific capacity is a key property of substances, and its temperature-based changes can be used to determine the phase change type, Debye temperature, vacancy formation energy, electronic heat capacity factor, and other properties. This work presents the results of the experimental calorific capacity determination for the composition of lead-antimony alloys and calcium, and the calculation of temperature dependency of the changes of thermodynamic functions of alloys. The study of temperature dependency of lead-antimony and calcium composition calorific capacity was carried out

in the "cooling" mode using computer hardware and Sigma Plot software. The polynomes were identified for the temperature dependency of calorific capacity and the changes of thermodynamic functions (enthalpy, entropy, and Gibbs energy) for the composition of lead-antimony alloy and calcium against the reference (Cu) that describe the changes using the correlation rate of Rcorr = 0.999. It was established that as the content of calcium in the composition increases, the calorific capacity decreases as compared to the initial alloy, yet it grows along with the temperature. The enthalpy and entropy of the lead-antimony-3 alloys and calcium compositions grow along with the temperature, while the Gibbs energy value decreases.

Keywords: lead-antimony-3 alloy, strontium, calorific capacity, "cooling" mode, enthalpy, entropy, Gibbs energy.

References

1. Belorussov N.I., Sahakyan L.E., Yakovlev A.I. Elektricheskiye kabeli, provoda i shnury. Spra-vochnik [Directory. Electrical Cables, Wires and Cords]. Moscow, Energy Publ., 1979. pp. 20-21.

2. Nikolskiy K.K. Zashchita ot korrozii metallicheskikh kabeley [Corrosion Protection of Metal Cables]. Moscow, Communication Publ., 1970. 170 p.

3. Dunaev Y.D. Nerastvorimyye anody na osnove svintsa [Insoluble Lead-Based Anodes]. Alma-Ata, Nauka Kaz. SSR Publ., 1978. 316 p.

4. Mulloeva N.M., Ganiev I.N., Makhmadulloev Kh.A. Fizikokhimiya splavov svintsa s shcheloch-nozemel'nymi metallami: monogr. [Physic Chemistry of Lead Alloys with Alkaline Earth Metals. Monograph]. Germany, LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013. 152 p.

5. Azimov Kh.H., Ganiev I.N., Amonov I.T., Ibrohimov N.F. Effect Produced by Lithium on the Heat Capacity and the Changing Thermodynamic Functions of the AZh2.18 Aluminium Alloy. Vestnik of NosovMagnitogorsk State Technical University, 2018, vol. 16, no. 1, pp. 37-44. (in Russ.)

6. Ibrohimov N.F. Ganiev I.N., Ganieva N.I. [The Influence of Yttrium on the Thermo Physical Properties of the AMg2]. Scientific Bulletin of NSTU, 2017, no. 2 (67). pp. 177-187. (in Russ.)

7. Zokirov F.Sh. Ganiev I.N., Berdiev A.E., Ibrohimov N.F. [Temperature Dependence of the Heat Capacity and Thermodynamic Functions of the AK12M2 Alloy Modified by Strontium]. Izvestiya SPbGTI (TU), 2017, no. 41 (67), pp. 22-26. (in Russ.)

8. Ganiev I.N. Niyozov H.H., Gulov B.N., Nizomov Z., Berdiev A.E. [Temperature Dependence of the Heat Capacity and Thermodynamic Functions of the AK1M2 Alloy Doped with Praseodymium and Neodymium]. Bulletin of SibGIU, 2017, no. 3 (21), pp. 32-39. (in Russ.)

9. Mulloeva N.M. Ganiev I.N., Eshov B.B., Aminbekova M.S. [Temperature Dependence of Heat Capacity and Change in Thermodynamic Functions of Alloys of the Pb-Ba System]. Bulletin SPBGUTD, 2018, no. 2, pp. 69-75. (in Russ.)

10. Ibrohimov N.F. Ganiev I.N., Nizomov Z., Ganieva N.I., Ibrohimov S.ZH. [The Effect of Cerium on the Thermo Physical Properties of the AMg2 Alloy]. Physics of Metals and Metallography, 2016, vol. 117, no. 1, p. 53. (in Russ.) DOI: 10.1134/s0031918x16010063

11. Gulov S.S., Ganiev I.N., Safarov MM, Ganieva N.I. [Effect of Germanium and Tin Additives on the Thermal Conductivity of the Alloy AK7M2 Depending on Temperature]. Reports of the Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan, 2016, vol. 59, no. 3-4. pp. 142-145. (in Tajik.)

12. Ibrohimov S.Zh., Eshov B.B., Kobuliev Z.V., Ganiev I.N. [The Influence of Lanthanum, Praseodymium and Neodymium on the Thermo Physical Properties of AMg4]. Bulletin of TTU, 2016, vol. 3, no. 3, pp. 33-36. (in Tajik.)

13. Ganiev I.N., Mulloeva N.M., Nizomov Z., Makhmadulloev Kh.A. [Thermophysical properties and thermodynamic functions of alloys of the Pb-Sr system] // Proceedings of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2014. vol. 16. no. 6. pp. 38-42. (in Russ.)

14. Ganiev I.N., Aliyev D.N., Ibrohimov N.F., Alikhanova S.D., Odinayev N.B. [Temperature Dependence of the Thermodynamic Functions of the Zn5Al and Zn55Al Alloys]. Reports of the Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan, 2014, vol. 57, no. 7, pp. 588-593. (in Tajik.)

15. Zokirov F.Sh., Ganiev I.N., Ibrahimov N.F., Berdiev A.E. [Temperature Dependence of Heat Capacity and Heat Transfer Coefficient of Alloy AK12M2]. Bulletin TUT, 2014, no. 1 (22), pp. 22-24. (in Tajik.)

16. Nizomov Z., Gulov B., Ganiev I.N., Saidov R.Kh., Berdiev A.E. [Temperature Dependence of the Heat Capacity of the Alloy AK1M2 Doped with Rare-Earth Metals]. Reports of the Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan, 2011, vol. 54, no. 11, pp. 917-921. (in Tajik.)

17. Zinoviev V.E. Teplofizicheskiye svoystva metallovpri vysokikh temperaturakh [Thermophysical Properties of Metals at High Temperatures]. Moscow, Metallurgy Publ., 1989. 384 p.

18. Ravdel A.A. Kratkiy spravochnik fiziko-khimicheskikh velichin [Brief Reference Physico-Chemical Variables]. Moscow, TID "ARIS", 2010. 240 p.

19. Umarov M.A., Ganiev I.N. [Temperature Dependence of Heat Capacity and Change in Thermodynamic Functions of C2 Lead]. Proceedings of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, 2018, vol. 20, no. 1, pp. 23-29. (in Russ.)

20. Vakhabov A.V., Ganiev I.N. [Strontium is an Effective Modifier of Silumin]. Foundry Production, 2000, no. 5, pp. 28-29. (in Russ.)

21. Kargapolova T.B., Mahmadulloev H.A., Ganiev I.N., Khakdodov M.M. [Barium - New Modifier of Silumin]. Foundry Production, 2001, no. 10, pp. 9-10.

Received 3 November 2018

ОБРАЗЕЦ ЦИТИРОВАНИЯ

FOR CITATION

Температурная зависимость теплоемкости и изменение термодинамических функций свинцового сплава ССуЗ с кальцием / О.Х. Ниёзов, И.Н. Ганиев, А.Г. Сафаров и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». - 2019. - Т. 19, № 3. - С. 33-43. DOI: 10.14529/теШ0304

Niyozov O.H., Ganiev I.N., Safarov A.G., Mulloe-va N.M., Yakubov U.Sh. The Temperature Dependence of Calorific Capacity and Thermodynamic Function Changes for the Composition of Lead-Antimony-3 Alloy and Calcium. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Metallurgy, 2019, vol. 19, no. 3, pp. 33-43. (in Russ.) DOI: 10.14529/met190304