WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     ||
|

Пятая глава «Применение электрохимической интеркаляции лития в определении углерода в конструкционных сталях и чугунах» посвящена методам вольтамперометрического и импульсного гальваностатического определения углерода и его фазовых состояний в сплавах железо-углерод.

Из общей кинетической картины процесса интеркаляции можно предположить, что для электролита LiCl в АН могут быть характерны отсутствие участка интеркаляции ферритной фазы и слабая выраженность точки перегиба хронопотенциограммы на участке интеркаляции цементита. Для электролита LiBF4 в ПК+ДМЭ участок интеркаляции феррита также может отсутствовать вследствие высокого электрохимического перенапряжения. Условия интеркаляции из LiBF4 в АН ближе к оптимальным из всех рассмотренных случаев.

Для количественной оценки содержания углерода в образце были построены калибровочные зависимости плотность тока – содержание углерода (рис. 10) при выделенном потенциале, полученные по поляризационным кривым электрохимической интеркаляции. Угловой коэффициент, характеризующий общую чувствительность метода, позволил выделить электролитные системы: LiClO4 в АН и LiBF4 в АН, которые могут быть рекомендованы в измерениях вольтамперометрическим методом.

Метод импульсной хронопотенциометрии позволяет анализировать массовую долю углерода по положению точек перегиба. Но ввиду многокомпонентности системы и сложности процессов был разработан следующий способ обработки хронопотенциометрических зависимостей (рис. 11): весь диапазон потенциалов хронопотенциограммы делили на равные участки, затем подсчитывалось количество значений в каждом. Это количество значений пропорционально длине горизонтального участка, выражающего интеркаляцию в соответствующий фрагмент. Полученная гистограмма распределения значений по диапазонам позволяет: определять величину и положение горизонтального участка, а также количество значений в диапазоне, которое может использоваться как аргумент калибровочной функции. Проведенными исследованиями было показано, что целесообразно использовать многомерную калибровочную функцию содержание углерода – количество значений в каждом из диапазонов гистограммы.

На основании выявленных абсолютных погрешностей измерений можно рекомендовать использование электролита LiClO4 в АН для определения содержания углерода в низкоуглеродистых сталях (до 0,3 %), а систему LiBF4 в АН – для сталей с содержанием углерода от 0,3 до 1,7 %.

Основные фазовые разновидности углерода – феррит и цементит – могут быть качественно и количественно идентифицированы по вольтамперометрическим и хронопотенциометрическим зависимостям процесса катодного внедрения лития из апротонного органического электролита. Импульсные хронопотенциограммы преобразовывали в гистограммы распределения значений по диапазонам потенциалов (рис. 12).

Максимумы гистограмм соответствуют окончанию интеркаляции разновидностей углеродсодержащих фаз. Их величина коррелирует с массовой долей феррита и цементита в сплаве.

Основные результаты и выводы

  1. Впервые показана возможность интеркаляции литием углеродсодержащих фаз железоуглеродных сплавов из апротонных органических электролитов. Имеются два вида каналов интеркаляции – ферритного и цементитного типа. Ферритные фазы интеркалируются необратимо с образованием «солеподобных» интеркалатов, для которых состояние лития близко к ионному. Цементитные и графитовые фазы интеркалируются обратимо с образованием «металлоподобных» интеркалатов. Обратимая интеркаляционная емкость зависит от природы применяемой электролитной системы и величины потенциала интеркаляции.
  2. Факторами, определяющими термодинамику катодного внедрения лития в железоуглеродные фазы, являются деформация кристаллической решетки и взаимодействие интеркалированных частиц. Форма дифференциальной зависимости равновесный потенциал – состав интеркалата определяется природой фрагмента интеркалируемой железоуглеродной фазы.
  3. Кинетика интеркаляции железоуглеродных фаз включает стадии транспорта в электролите, электрохимическую стадию и твердофазный перенос, сопряженный с переносом точечных дефектов к каналам ионной проводимости. Эти стадии могут периодически сменять друг друга.
  4. Установлено, что кинетические особенности интеркаляции лития в железоуглеродные фазы определяются природой электролита, от которого зависит величина электрохимического перенапряжения, а также возможность соинтеркаляции молекул растворителя и аниона электролитной соли, влияющей на транспортные характеристики интеркалированных частиц. Электрохимическое перенапряжение катодного внедрения возрастает в ряду 1 М электролитов: LiBF4 в ДМФ, LiClO4 в АН, LiBF4 в АН, LiCl в ацетоне, LiBF4 в ПК+ДМЭ, LiCl в АН.
  5. Величина скачка потенциала в точке окончания интеркаляции феррита литием определяется различием констант скоростей катодного внедрения феррита и цементита. Длина участка потенциала интеркаляции пропорциональна количеству вакансий для внедрения, что обосновывает возможность определения общей массовой доли углерода, а также его структурных составляющих по длинам участков хронопотенциограмм.
  6. Установлено, что количественное определение углерода в сталях возможно на основе калибровочных зависимостей содержание углерода – плотность тока, полученных по поляризационным кривым электрохимической интеркаляции, а также содержание углерода – длина участка интеркаляции катодной импульсной хронопотенциограммы. Феррит и цементит могут быть качественно и количественно идентифицированы по вольтамперометрическим и хронопотенциометрическим зависимостям процесса катодного внедрения лития из апротонного органического электролита.
  7. Определено, что условиям наиболее полной и равномерной интеркаляции в наибольшей степени соответствует система 1 М LiBF4 в АН. Преимуществами идентификации углеродсодержащих фаз обладает метод импульсной хронопотенциометрии как более экспрессный и дающий калибровочные зависимости в более широком диапазоне потенциалов.

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в следующих работах

I. Публикации в центральных изданиях, включенных в перечень периодических изданий ВАК РФ:

1. Жильцова (Кучеренко) С.В. Органические растворители как среда процесса экспресс-ана­лиза углеродсодержащих фаз конструкционных сталей / М.С. Липкин, Т.В. Липкина, С.В. Жильцова, С.А. Пожидаева, В.Г. Шишка // Изв. вузов. Сев.-Кав. регион. Техн. науки. – 2006. – Прил. к № 2. – С. 95-98.

2. Кучеренко С.В. Анализ железоуглеродных сплавов. Варианты методик / М.С. Липкин, С.В. Кучеренко, Т.В. Липкина, С.А. Пожидаева, В.Г. Шишка // Изв. вузов. Сев.-Кав. регион. Естественные науки. – 2008. – Спец. вып.: Проблемы электрохимии и экологии. – С. 77-81.

II. Публикации в других изданиях

3. Кучеренко С.В. Неразрушающее электрохимическое определение углерода в конструкционных сталях / М.С. Липкин, С.В. Кучеренко, Т.В. Липкина, С.А. Пожидаева, В.Г. Шишка // Контроль. Диагностика. – 2008. – № 5. – С. 56-59.

4. Кучеренко С.В. Интеркаляция лития из апротонных электролитов в углеродсодержащие фазы системы железо-углерод / М.С. Липкин, С.В. Кучеренко, Н.В. Кучеренко, Т.В. Липкина, С.А. Пожидаева, В.Г. Шишка // Вестник СГТУ. – 2008. – № 3 (34), Вып. 1. – С. 48-56.

5. Кучеренко С.В. Но­вый метод определения содержания углерода в конструкционных сталях / М.С. Липкин, С.В. Кучеренко, Т.В. Липкина, Н.В. Кучеренко // Вестник Всерос. науч.-исслед. и проект.-конструк­тор. ин-та электровозостроения. – Новочеркасск, 2007. – Вып. 1 (53): 100-летию Юж.-Рос. гос. техн. ун-та (НПИ) посвящается. – С. 138-144.

6. Кучеренко С.В. Применение им­пульсного гальваностатического метода в определении содержания углерода в сталях / М.С. Липкин, С.В. Кучеренко, С.А. Пожидаева // Электрохимия и эколо­гия: материалы Всерос. конф., г. Новочеркасск, 17-20 сент. 2008 г. / под ред. Е.Ш. Кагана, Н.В. Смирновой; Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). – Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2008. – С. 25.

7. Кучеренко С.В. Изучение интеркаля­ции лития в углеродсодержащие фазы конструкционных сталей / С.В. Кучеренко, М.С. Липкин, Т.В. Липкина // Студенче­ская весна-2007: сб. науч. тр. аспирантов и студентов ЮРГТУ (НПИ). – Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2007. – С. 207-208.

8. Жильцова (Кучеренко) С.В. Воз­можности электрохимического анализа неметаллических компонент метал­локомпозиционных материалов / О.Л. Галченко, С.В. Жильцова, М.С. Липкин, М.В. Шведов // Студенческая научная весна-2006: сб. науч. тр. аспирантов и студентов ЮРГТУ (НПИ) / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ) – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2006. – С. 157.

9. Кучеренко С.В. Анализ дифференциальных зависимостей ЭДС-состав процесса электрохимической интеркаляции лития в углеродсодержащие фазы образца стали У15 / Т.В. Липкина, С.В. Кучеренко, В.Г. Шишка, А.К. Степанян // Ученые ЮРГТУ (НПИ) к юбилею университета: материалы 56-й науч.-техн. конф. проф.-препод. состава, научных работников, аспирантов и сту­дентов / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). – Новочеркасск: «Оникс+», 2007. – С. 160-161.

10. Кучеренко С.В. Применение метода потенциостати­ческой хронокулонометрии к изучению термодинамики интеркаляции лития в железоуглеродные сплавы / С.В. Кучеренко, М.С. Липкин // Со­временные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии: тез. докл. I-й Междунар. науч. конф., Плес, Ивановская обл., 23-27 июня 2008 г. – Плес, 2008. – С. 50.

11. Кучеренко С.В. Изучение кинетики интеркаляции ли­тия в сплавы железо-углерод методом хроноамперометрии со ступенчатым изменением потенциала / С.В. Кучеренко, М.С. Липкин // Со­временные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии: тез. докл. I-й Междунар. науч. конф., Плес, Ивановская обл., 23-27 июня 2008 г. – Плес, 2008. – С. 66.

12. Кучеренко С.В. Изучение термодинамических зако­номерностей интеркаляции лития в углеродные фазы сталей методом сту­пенчатой потенциостатической хронокулонометрии / С.В. Кучеренко, М.С. Липкин // Сборник статей и со­общений по материалам 57-й науч.-техн. конф. профессорско-преподават. со­става, научных работников, аспирантов и студентов / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). – Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2008. – С. 94-95.

Pages:     ||
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.