Химико-металлургический институт им. Ж. Абишева, Караганда, Казахстан:

В. П. Малышев, заведующий лабораторией энтропийно-информационного анализа сложных физико-химических систем, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: eia_hmi@mail.ru
А. М. Макашева, сотрудник лаборатории энтропийно-информационного анализа сложных физико-химических систем, докт. техн. наук., профессор, эл. почта: eia_hmi@mail.ru

Проведена проверка адекватности разработанной парциально-кластерной модели вязкости применительно к расплавам металлических сплавов на примере использования хорошо изученной системы медь – алюминий, для которой известна диаграмма состояний, а также изотермы вязкости в широком диапазоне составов. На основании литературных данных по термодинамике смешения расплавов меди и алюминия установлено, что это смещение сопровождается выделением тепла за счет образования интерметаллических соединений. Их разрушение требует соответствующих затрат тепла, поэтому должно быть учтено в парциально-кластерной модели вязкости в качестве дополнительного теплового барьера хаотизации. На этом основании предложена уточненная и более обобщенная форма парциально-кластерной модели с выражением энергии хаотизации расплава в виде алгебраической суммы теплоты хаотизации по линии ликвидуса и по теплоте разрушения любых интерметаллических образований ΔH_ch = RT_liq – ΔH_mix. Применение обобщенной парциально-кластерной модели к расплавам медь – алюминий обеспечило повторение экстремальной формы эмпирических изотерм, причем даже с появлением в расчетной зависимости избыточной вязкости. Более детальный анализ теплоты смешения по ее ковалентной и металлической составляющим показал, что вторая из них является уже хаотизированной, и следует учитывать только ковалентную составляющую, которая подлежит хаотизации и должна входить в суммарный барьер соответствующего процесса в виде ΔH_ch = RT_liq – Δ_covH. Учет этого позволил получить более адекватную расчетную зависимость вязкости сплава Cu – Al при температуре 1100 ^оС с коэффициентом корреляции 0,986, что может рассматриваться как приоритетный результат в описании изотерм вязкости по диаграммам состояния. Данный результат обусловлен аналитическим определением доли кластеров в расплаве на основе предложенного авторами распределения по числу входящих в них частиц в рамках разработанной концепции хаотизированных частиц, непосредственно связанной с распределением Больцмана.

1. Малышев В. П., Макашева А. М. О возможности описания динамической вязкости в зависимости от состава сплава и температуры по диаграммам состояния // Известия вузов. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 9. С. 743–749.
2. Malyshev V. P., Makasheva A. M. Determination of the dynamic viscosity of liquid alloys from the phase diagram // Steel in Translation. 2018. Vol. 48, No. 9. Р. 578–584.
3. Malyshev V. P., Makasheva A. M. Equilibrium interpretation of the liquid viscosity and its use for the partial expression of the temperature dependence of melts viscosity on state diagrams // Journal of Materials Science and Engineering B. 2018. Vol. 8, No. 3. Р. 91–99.
4. Баум Б. А. Металлические жидкости. — М. : Наука, 1979. — 120 с.
5. Вол А. Е., Коган И. К. Строение и свойства двойных металлических систем. Т. 4. — М. : Наука, 1979. — 576 с.
6. Еланский Г. Н., Кудрин В. А. Строение и свойства жидкого металла – технология плавки – качество стали. — М. : Металлургия, 1984. — 239 с.
7. Баум Б. А., Тягунов Г. В., Барышев Е. Е., Цепелев Е. С. Фундаментальные исследования физико-химии металлических расплавов. — М. : ИКЦ «Академкнига», 2002. — 469 с.
8. Мешалкин А. Б. Исследование фазовых равновесий и оценка термодинамических свойств расплавов в бинарных обратных системах // Теплофизика и аэродинамика. 2005. Т. 12, № 4. С. 669–684.
9. Еланский Г. Н., Еланский Д. Г. Строение и свойства металлических расплавов. — М. : МГВМИ, 2006. — 228 с.
10. Мелихов И. В. Физико-химическая эволюция твердого вещества. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. — 309 с.
11. Глазов В. М., Павлова Л. М. Химическая термодинамика и фазовые равновесия. — М. : Металлургия, 1988. — 580 с.
12. Жуховицкий А. А., Белащенко Д. К., Бокштейн Б. С., Григорьев В. А., Гугля В. Г. Физико-химические основы металлургических процессов. — М. : Металлургия, 1973. — 392 с.
13. Арсентьев П. П., Каседов Л. А. Металлические расплавы и их свойства. — М. : Металлургия, 1976. — 376 с.
14. Ватолин Н. А., Пастухов Э. А. Дифракционные исследования строения высокотемпературных расплавов. — М. : Наука, 1980. — 190 с.
15. Линчевский Б. В. Техника металлургического эксперимента. — М. : Металлургия, 1979. — 256 с.
16. Филиппов С. И., Арсентьев П. П., Яковлев В. В. и др. Физико-химические методы исследования металлургических процессов. — М. : Металлургия, 1980. — 511 с.
17. Френкель Я. И. Кинетическая теория жидкостей. — Москва — Ижевск : НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2004. — 424 с.
18. Гальчинский Б. Р., Полухин В. А., Срывалин И. Т. и др. Физико-химические исследования металлургических процессов : Научн. тр. вузов РСФСР / УПИ. — Свердловск : Кн. изд-во, 1976. Вып. 4. С. 4–11.
19. Физика простых жидкостей : пер. с англ. / под ред. Г. Тетречли, Дж. Роулинсона, Дж. Рашбрука — М. : Мир, 1971. — 308 с.
20. Чикова О. А., Ткачук Г. А., Вьюхин В. В. Вязкость расплавов Cu – Ni // Журнал физической химии. 2019. Т. 93, № 2. С. 182–187.
21. Бельтюков А. Л., Олянина Н. В., Ладьянов В. И. Особенности измерения вязкости жидких сплавов Со – Si // Расплавы. 2017. № 6. С. 470–483.
22. Dinsdale A. T., Quested P. N. The viscosity of aluminium and its alloys. A review of data and models // Journal of Materials Science. 2004. Vol. 39, No 24. P. 7221–7228.
23. Вьюхин В. В., Чикова О. А., Боровых М. А., Цепелев В. С. О связи кристаллического строения образцов стали 35ХГФ и характеристик вязкого течения образующегося расплава // Металлы. 2018. № 1. С. 28–33.
24. Маломуж Н. П., Махлайчук В. Н. Особенности самодиффузии и сдвиговой вязкости в переходных и постпереходных металлах // Расплавы. 2018. № 5. С. 579–594.
25. Konstantinova N. Yu., Popel’ P. S., Yagodin D. A. The Kinematic viscosity of liquid copper-aluminum alloys // High Temperature. 2009. Vol. 47, No. 3. P. 320–325.
26. Mudry S., Vus V., Yakymovych A. Influence of Ni additions on the viscosity of liquid Al2Cu // High Temp. Mater. Proc. 2017. No. 36(7). P. 711–715.
27. Рябина А. В., Шевченко В. Г. О вязкости жидких металлов // Расплавы. 2017. № 6. С. 522–527.
28. Shmakova K., Chikova O., Tsepelev V. Viscosity of liquid Cu – Sn alloys // Physics and Chemistry of Liquids. 2018. No. 56(1). P. 1–8.
29. Малышев В. П., Бектурганов Н. С., Турдукожаева А. М. Вязкость, текучесть и плотность веществ как мера их хаотизации. — М. : Научный мир, 2012. — 288 с.
30. Корчемкина Н. В., Пастухов Э. А., Селиванов Е. Н., Ченцов В. П. Строение и свойства расплавов меди с алюминием, оловом и свинцом. — Екатеринбург, 2014. — 182 с.
31. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник в 3-х т. : Т. 1 / под ред. Н. П. Лякишева. — М. : Машиностроение, 1996. — 992 с.
32. Вартман А. А., Самарин А. М. Вязкость жидких сплавов меди и серебра // Известия АН СССР. Металлургия и топливо. 1960. № 4. С. 95–98.
33. Шпильрайн Э. Э., Фомин В. А., Сковородько С. Н., Сокол Г. Ф. Исследование вязкости жидких металлов. — М. : Наука, 1983. — 243 с.
34. Еретнов К. И., Любимов А. П. Вязкость жидких медных сплавов // Известия вузов. Цветная металлургия. 1966. № 1. С. 119–123.
35. Kanibolotsky D. S., Bieloborodova O. A., Kotova N. V., Lisnyak V. V. Thermodynamic properties of liquid Al – Si and Al – Cu alloys // J. Therm. Anal. Cal. 2002. Vol. 70, No. 3. P. 975–983.
36. Сандиков В. М., Есин Ю. О., Гельд П. В., Шангорин В. Д. Теплота образования жидких сплавов меди с алюминием // Журнал физической химии. 1971. Т. 45, № 8. С. 2030–2032.
37. Зайцев А. И., Шимко Р. Ю., Арутюнян Н. А., Дунаев С. Ф. Исследование термодинамических свойств и ассоциатов в расплаве Al – Cu, их связи с условиями образования квазикристаллов // Доклады РАН. 2007. Т. 414, № 3. С. 352–356.
38. Hultgreen R., Desay P. D. Selected thermodynamic values and phases diagrams for copper and some of its binary alloys. — Berkeley (Calif), 1971. — 204 p.
39. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем — искусство и наука. — М. : Мир, 1978. — 418 с.