ВЛИЯНИЯ БАРИЯ НА ТЕМПЕРАТУРНУЮ ЗАВИСИМОСТЬ ТЕПЛОЁМКОСТИ И КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ СПЛАВА АК1М2

​АННОТАЦИЯ

В настоящей работе теплоемкость и коэффициент теплоотдачи сплава АК1М2, модифицированного барием, определялась в режиме охлаждения по известной теплоемкости эталонного образца из меди. Обработкой кривых скорости охлаждения образцов из алюминиевого сплава АК1М2, модифицированного барием, и эталона получены полиномы, описывающие их скорости охлаждения. Далее по экспериментально найденным величинам скоростей охлаждения образцов из сплавов и эталона (зная их массы) были установлены полиномы температурной зависимости их теплоемкости, которые описываются четырехчленным уравнением. Установлено, что с ростом температуры теплоемкость и коэффициент теплоотдачи исследуемых сплавов увеличиваются. Добавки бария в интервале 0,01 - 1,0 мас. % уменьшает теплоемкость, коэффициент теплоотдачи, энтальпию и энтропию алюминиевого сплава АК1М2, энергия Гиббса имеет обратную зависимость.

Ключевые слова: сплав АК1М2, барий, удельная теплоёмкость, коэффициент теплоотдачи.

Алюминиевые сплавы, наряду с сохранением достоинств алюминия, обладают значительно более высокой прочностью и требуемыми эксплуатационно-технологическими характеристиками. Кремний является наиболее используемой добавкой в литейных сплавах. Щелочноземельные металлы (ЩЗМ) оказывают эффективное легирующее и модифицирующее действие на структуру сплавов [1]. Измерения теплоёмкости и её температурного хода играют большую роль в физико-химических исследованиях сплавов. В литературе практически отсутствуют экспериментальные данные по теплоёмкости, легированных ЩЗМ алюминиевых сплавов. Изучение тяжелых металлов в последние годы идет в разных направлениях [7,8]. В данной работе приведены результаты экспериментального исследования температурной зависимости удельной теплоёмкости сплава АК1М2 на основе особо чистого алюминия, легированного барием. Сплав АК1М2 на основе особо чистого алюминия используется в микроэлектронике как мишень для получения проводящих дорожек в интегральных микросхемах [2].

Теплоёмкость сплава АК1М2, модифицированного барием измеряли в режиме «охлаждения» по методикам, описанным в работах [3-6]. Исследуемые объекты имели цилиндрическую форму диаметром 16 мм и высотой 30 мм. Для измерения температуры использовали измеритель Digital Multimeter UT71B, который позволял прямой фиксации результатов измерений на компьютере в виде таблиц.

Вся обработка результатов измерений производилась с помощью программы MS Excel и графики строились с помощью программы Sigma Plot.

Экспериментально полученные зависимости температуры образцов сплава АК1М2 с барием от времени охлаждения представлены на рис. 1 и описываются уравнением вида

                                                                      (1)

Дифференцируя уравнение (1) по τ, получаем уравнение для скорости охлаждения:

                                                    (2)

По этому уравнению были вычислены скорости охлаждения эталона и образцов, сплава АК1М2 с барием.

Рисунок 1. Изменение температуры образцов сплава АК1М2, с барием от времени охлаждения

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

Зная массы образцов  и , скорости охлаждения эталона  и образцов  и удельную теплоемкость  эталона, можно вычислить теплоемкость другого вещества :

 .                                                                                   (3)

Удельная теплоёмкость сплавов определялось по уравнению (3) с учётом скоростей охлаждения эталона и измеряемого образца.

Вычисленные значения С⁰_р для сплава АК1М2, с барием через 100 К представлены на таблицы 1.

Таблица 1.

Температурная зависимость удельной теплоёмкости  сплава АК1М2, модифицированного барием и эталона (Cu марки М00)

Используя вычисленные значения теплоемкости сплава АК1М2, модифицированного барием и экспериментально полученные величины скорости охлаждения образцов, нами был рассчитан коэффициент теплоотдачи (α, Вт/К·м²) для сплава АК1М2 с барием и эталона (Cu марки М00) по следующей формуле:

                                                                                         (4)

Рисунок 2. Результаты

В режиме охлаждения исследована температурная зависимость теплоемкости и коэффициент теплоотдачи сплава АК1М2, модифицированного барием. Показано, что с ростом температуры теплоемкость и коэффициент теплоотдачи сплавов увеличивается, а с увеличением концентрации бария в сплаве АК1М2 теплоемкость и коэффициент теплоотдачи сплавов уменьшается.

Список литературы:

1. Савицкий Е.М., Терехова В.Ф., Наумкин О.П. – УФН, т.LXXX1X, вып.2, 1963, с.263-293.
2. Вахобов, А.В. Обидов Ф.У., Вахобова Р.У. Высокочистый алюминий и его сплавы, Душанбе: НПИЦентр, 1994. -100 с.
3. Ganiev I.N., Safarov A.G., Odinaev F.R., Yakubov U.Sh., Kabutov K. Temperature dependence of the heat capacity and changes in the thermodynamic functions of the AZh 4.5 alloy with tin // Izv. Universities. Non-ferrous metallurgy. 2019. No. 1. WITH. 50-28. 
4. Ganiev I.N., Yakubov U.Sh., Safarov A.G., Odinaev F.R., Kabutov K. Temperature dependence of the specific heat and the changes in the thermodynamic functions of a bismuth-bearing AZh4.5 alloy // Russian metallurgy (Metally). 2020. Vol. 2020, no. 1. P. 17-24.
5. Худойбердизода С.У., Ганиев И.Н., Эшов Б.Б., Муллоева Н.М., Отаджонов С.Э. Температурная зависимость теплоемкости и изменений термодинамических функций сплавов системы Рb-Tе // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2022. № 4 (42). С. 3-10.
6. Ганиев И.Н., Рахимов М.Р., Отаджонов С.Э., Исмоилова М.Х., Худойбердизода С.У. Температурная зависимость теплоёмкости алюминиевый сплав АК1 с литием / В сборнике: Актуальные проблемы и перспективы развития естественных и точных наук. Материалы республиканской научно-практической конференции. Душанбе, 2023. С. 108-113.
7. Рахматов М.Н., Абдуллаев С.Ф., Нурматов Д.Х. Элементы 1-го класса опасности в пробах почв на территории северо-западной части Кураминских гор в пределах Зарнисора / Вестник Филиала Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова в городе Душанбе. 2023. Т. 1. № 1 (29). С. 108-118.
8. Рахматов М.Н., Абдуллаев С.Ф., Халифаева Ш.Х. Распределение тяжелых металлов (Cu, Ni, Co, Cr, V и Sr) в пробах атмосферного аэрозоля юго-восточной части Согдийской области/ Ученые записки Худжандского государственного университета им. академика Б. Гафурова. Серия: Естественные и экономические науки. 2021. Т. 56. № 1. С. 147-156.