BINÁRNÍ SYSTÉMY HORCÍK PRÍMES A ROZDELOVACÍ KOEFICIENTY PRÍMESÍ V HORCÍKOVÝCH SLITINÁCH. Lumír Kuchar, Jaromír Drápala, Kamil Krybus



Podobné dokumenty
TEORETICKÉ STUDIUM ROVNOVÁŽNÝCH DIAGRAMŮ BINÁRNÍCH SYSTÉMŮ MĚDI, STŘÍBRA, ZLATA A PALADIA

ACH 02 VZÁCNÉPLYNY. Katedra chemie FP TUL VZÁCNÉ PLYNY

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

TEORETICKÉ STUDIUM BINÁRNÍCH FÁZOVÝCH DIAGRAMŮ NÍZKOTAVITELNÝCH KOVŮ THEORETICAL STUDY OF BINARY PHASE DIAGRAMS OF LOW-FUSING METALS

KONCENTRAČNÍ A TEPLOTNÍ ZÁVISLOSTI ROZDĚLOVACÍCH KOEFICIENTŮ. Lumír Kuchař, Jaromír Drápala

INTERAKCE PRVKŮ V TERNÁRNÍM SYSTÉMU WOLFRAM - MOLYBDEN - RHENIUM INTERACTIONS OF ELEMENTS IN THE TERNARY SYSTEM TUNGSTEN- MOLYBDENUM-RHENIUM

Chemie = přírodní věda zkoumající složení a strukturu látek a jejich přeměny v látky jiné

Metodický postup stanovení kovů v půdách volných hracích ploch metodou RTG.

K ROZDĚLOVÁNÍ SKANDIA V HLINÍKU. Vysoká škola báňská - TU Ostrava, Ostrava, ČR. Lumír Kuchař, Jaromír Drápala

Jméno autora: Mgr. Ladislav Kažimír Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_02_Ch_ACH

Jméno autora: Mgr. Ladislav Kažimír Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_01_Ch_ACH

, Hradec nad Moravicí POLYKOMPONENTNÍ SLITINY HOŘČÍKU MODIFIKOVANÉ SODÍKEM

Elektronová mikroskopie a mikroanalýza-2

VZÁCNÉ PLYNY ACH 02. Katedra chemie FP TUL

Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Hradec Králové, Vocelova 1338, příspěvková organizace

Potenciální zdroje kritických surovin v ČR RNDr. Petr Rambousek RNDr. Jaromír Starý. Cínovec - odkaliště

Geochemie endogenních procesů 1. část

Klasifikace struktur

NITON XL3t GOLDD+ Nový analyzátor

VY_52_INOVACE_08_II.1.23_TABULKA, PERIODICKÁ SOUSTAVA PRVKŮ TABULKA PERIODICKÁ SOUSTAVA PRVKŮ

Analytické metody využívané ke stanovení chemického složení kovů. Ing.Viktorie Weiss, Ph.D.

Jméno autora: Mgr. Ladislav Kažimír Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_15_Ch_ACH

ELEKTROTECHNICKÉ MATERIÁLY

Ceník. Platný od Laboratorní standardy a chemikálie. Ceny uvedené v tomto ceníku nezahrnují 21% DPH, balné a dopravné

Obchodní název: M O L Y B D E N O V Ý D R Á T K E S T Ř Í K Á N Í

STANOVENÍ EFEKTIVNÍCH ROZDĚLOVACÍCH KOEFICIENTŮ PŘÍMĚSÍ PŘI ZONÁLNÍ RAFINACI. Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava, Ostrava 4, ČR

DIGITÁLNÍ UČEBNÍ MATERIÁL. Ing. Alena Musilová ŠVP cukrář-cukrovinkář; ZPV chemie, 1. ročník ŠVP kuchař-číšník;zpv chemie, 1.

Metalografie ocelí a litin

Fyzika (učitelství) Zkouška - teoretická fyzika. Čas k řešení je 120 minut (6 minut na úlohu): snažte se nejprve rychle vyřešit ty nejsnazší úlohy,

Téma č obor Obráběcí práce, Zámečnické práce a údržba/strojírenská technologie. Neželezné kovy

stavební kostičky, z těch vše sestaví TESELACE chybí měřítko na velikosti kostiček nezáleží krystalografie na vědeckém základě

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Strukturní charakteristiky hořčíkové slitiny AZ91. Structure of Magnesium Alloy AZ91.

Ploché výrobky z konstrukčních ocelí s vyšší mezí kluzu po zušlechťování technické dodací podmínky

14/10/2015 Z Á K L A D N Í C E N Í K Z B O Ž Í Strana: 1

Vítkovice výzkum a vývoj technické aplikace s.r.o. Pohraniční 693/31, Ostrava Vítkovice, Česká republika

výroba neželezných kovů

VLASTNOSTI KOVŮ. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

Slévárenské slitiny. čisté kovy slitiny. slitiny Fe - litiny, - ocel na odlitky neželezné kovy - slitiny Al; - slitiny Mg; - slitiny Cu; - slitiny Zn.

Karlovy Vary. Základní škola Truhlářská 19/681, modernizace silnoproudé elektroinstalace hlavní rozvody nízkého napětí TECHNICKÁ ZPRÁVA

Technická univerzita v Liberci Laboratoř chemických sanačních procesů Bendlova 1409/7, Liberec

Horní Slavkov Dodávka a montáž výtahu objektu č. 22 D1.4a. Silnoproudá elektrotechnika

Potenciometrie. Obr.1 Schema základního uspořádání elektrochemické cely pro potenciometrická měření

VLIV OBSAHU HLINÍKU NA VLASTNOSTI HOŘČÍKOVÝCH SLITIN PŘI ODLÉVÁNÍ DO BENTONITOVÝCH A FURANOVÝCH FOREM

MODELOVÁNÍ TERNÁRNÍCH SYSTÉMŮ POMOCÍ PROGRAMU MATLAB NA PŘÍKLADU SLITINY Al-Cu-Si

Klasifikace a značení podle mezinárodní normy ISO 17672

TÜV NOPRD Czech, s.r.o., Laboratoře a zkušebny Seznam akreditovaných zkoušek včetně aktualizovaných norem LPP 1 (ČSN EN 10351) LPP 2 (ČSN EN 14242)

ISO Guide 34 ISO ISO 9001

Sika - spárové pásy. Technický list Sika - spárové pásy / strana 1/7 11/2002

podíl permeability daného materiálu a permeability vakua (4π10-7 )

Slitiny hořčíku současný stav vývoje a použití

Jméno autora: Mgr. Ladislav Kažimír Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_07_Ch_ACH

TECHNICKÉ KRESLENÍ A CAD

Jméno autora: Mgr. Ladislav Kažimír Datum vytvoření: Číslo DUMu: VY_32_INOVACE_09_Ch_ACH

BAT (nové znění BREF pro cementárny a vápenky, Sevilla únor 2009, přehled hlavních parametrů) Ing. Miloš Cikrt, odborný poradce

MOŽNOSTI POUŽITÍ ODKYSELOVACÍCH HMOT PŘI ÚPRAVĚ VODY

Exponenciála matice a její užití. fundamentálních matic. Užití mocninných řad pro rovnice druhého řádu

REAKTIVNÍ DIFUZE V SYSTÉMU Ni - Al. REACTIVE DIFFUSION IN Ni - Al SYSTEM. Karla Barabaszová a Monika Losertová a Jaromír Drápala a

MODELOVÁNÍ ROVNOVÁŽNÝCH PLOCH SOLIDU A LIKVIDU A STANOVENÍ ROVNOVÁŽNÝCH ROZDĚLOVACÍCH KOEFICIENTŮ RHENIA A MOLYBDENU V TERNÁRNÍM SYSTÉMU W-Mo-Re

DISTRIBUTION COEFFICIENTS OF ADMIXTURES IN TiN

Fraktální analýza tiskových struktur

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

Možnosti zavedení jednotné metodiky m ení korozní rychlosti na kovových úložných za ízeních.

Voděodolný tloušťkoměr MG-411. Návod k obsluze

Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Svařování. Název: Svařitelnost,technologické zásady,příprava materiálu Ing. Kubíček Miroslav.

Trvanlivosti břitů HSS nástrojů nové generace při frézování slitiny Ti6Al4V

ACH 03 ALKALICKÉ KOVY. Katedra chemie FP TUL

FÁZOVÉ DIAGRAMY A JEJICH VÝZNAM PŘI KRYSTALIZACI

Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Tváření. Název: Přesný střih. Téma: Ing. Kubíček Miroslav. Autor:

Inovace bakalářského studijního oboru Aplikovaná chemie CZ.1.07/2.2.00/

Základní stavební částice

Chemické názvosloví anorganika Nápověda

4.5.1 Magnety, magnetické pole

ZKOUŠKA SPOLUSPALOVÁNÍ BIOPALIVA A ČERNÉHO UHLÍ

FILTR SRÁŽKOVÝCH VOD AS-PURAIN SROVNÁVACÍ TEST FILTRŮ

Analytická chemie předběžné zkoušky

5 Výměník tepla. 5.1 Cíle měření

Měření hustoty kapaliny z periody kmitů zkumavky

I. Objemové tíhy, vlastní tíha a užitná zatížení pozemních staveb

Bezpečnostní list pro bezpečnou manipulaci s olověnými akumulátory (olověnými bateriemi)

SLEDOVÁNÍ AKTIVITY KYSLÍKU PŘI VÝROBĚ LITINY S KULIČKOVÝM GRAFITEM

KONTROLNÍ TEST ŠKOLNÍHO KOLA

Kovy II. hlavní skupiny (alkalických zemin + Be,, Mg)

Stručná historie skládky Pozďátky. Šíření kontaminace podzemních vod v okolí skládky Pozďátky u Třebíče. Složení uloženého odpadu

HODNOCENÍ MIKROSTRUKTURY A VLASTNOSTÍ ODLITKŮ ZE SLITINY AZ91HP EVALUATION OF MICROSTRUCTURE AND PROPERTIES OF SAND CAST AZ91HP MAGNESIUM ALLOY

Svařování svazkem elektronů

PRUŽNÉ SPOJKY PRO KANALIZACE, ODPADY, DRENÁŽE A VZDUCHOTECHNIKU

Slévání. Technologie - třískové. - netřískové slévání svařování tváření

Zvyšování kvality výuky technických oborů

TÜV NORD Czech, s.r.o. Laboratoře a zkušebny Brno Olomoucká 7/9, Brno


42 X X X X. X X Hutní skupina. Pořadové číslo slitiny Sudé tvářené Liché - slévárenské

MIKROELEMENTY 79. ZE Xlil.SEMINÄRE 0 METODICE STANOVENÍ A VÝZNAMU STOPOVÝCH PRVKO V BIOLOGICKÉM MATERIÁLU

STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE

RSM WT-2013/ZA-26 TECHNICKÉ PODMÍNKY ROZTOK DUSIČNANU AMONNÉHO A MOČOVINY 1. PŘEDMĚT TECHNICKÝCH PODMÍNEK

Atomová absorpční spektroskopie (AAS) spektroskopie (AAS) spektroskopie (AAS) r Wolaston pozoroval absorpční čáry ve slunečním spektru

Ing. David Šafránek - Stiebel Eltron, spol. s r.o.. safranek@stiebel-eltron.cz. Optimální dimenzování a životnost tepelných čerpadel

Atom je základní částice hmoty dále chemicky nedělitelná. Z hlediska strojírenské technologie je důležitá, protože určuje vlastnosti hmoty.

Zpráva o provozu spalovny environmentální profil za rok 2003

ODSTRAŇOVÁNÍ CHLOROVODÍKU ZE SPALIN PŘI ENERGETICKÉM ZPRACOVÁNÍ PLASTŦ

Transkript:

BINÁRNÍ SYSTÉMY HORCÍK PRÍMES A ROZDELOVACÍ KOEFICIENTY PRÍMESÍ V HORCÍKOVÝCH SLITINÁCH Lumír Kuchar, Jaromír Drápala, Kamil Krybus Vysoká škola bánská - Technická Univerzita, katedra neželezných kovu, rafinace a recyklace, 708 33 Ostrava, E-mail: Jaromir.Drapala@vsb.cz Abstrakt Jsou predloženy výsledky systematického studia dostupných binárních systému horcík prímes. Pro 44 systému byly pomocí polynomu 2. stupne vyjádreny prubehy krivek solidu a likvidu v oblasti prilehlé teplote tání cistého horcíku. Byly stanoveny hodnoty rovnovážných rozdelovacích koeficientu prímesí v horcíku, které predstavují hlavní materiálový parametr zonálního tavení a smerové krystalizace a výsledky byly porovnány s experimenty. Byla sestavena periodická korelacní závislost rozdelovacích koeficientu prímesí v horcíku na protonovém císle prímesi, která umožnuje predikci chování dalších prímesí pri krystalizaci horcíku. 1. Úvod Horcík je stríbrošedý lehký kov s hexagonální mrížkou, teplotou tání 650 C, teplotou varu 1107 C a hustotou 1,738 kg.dm -3. V zemské kure se vyskytuje 2,1 % Mg a v morské vode je ho obsaženo okolo 1,4 %. Slitiny horcíku se využívají v automobilovém, leteckém a kosmickém prumyslu [1,2]. Velmi perspektivní oblast použití predstavují již dnes ultralehké kompozitní materiály [3]. Kovový horcík se vyrábí v podstate dvema zpusoby: - elektrolýzou anhydridu MgCl 2 pri teplotách asi 750 C a získá se Mg o cistote cca 99,7 %. - silikotermickou redukcí páleného dolomitu ferosiliciem pri teplotách asi 1200 C lze získat kov o cistote cca 99,5 % Mg. - následnou vakuovou destilací a sublimací lze dosáhnout cistoty 99,95 % Mg. Ješte výrazneji lze hladinu rady prímesí obsažených v horcíku snížit až na zbytkovou hodnotu nekolika ppm metodou zonálního tavení jako výberovou krystalizacní metodou, jejíž úcinnost však závisí na hodnotách rozdelovacích koeficientu [4]. 2. Binární diagramy slitin horcík prímes a rozdelovací koeficienty prímesí v horcíku Rozdílná rozpustnost prímesí a necistot v tavenine (likvidu) a krystalu (solidu) vede v souvislosti se šírkou intervalu tuhnutí a prenosovými jevy k prerozdelování prvku prímesí (B) v matrici (A). Tím vznikají pri každé primární krystalizaci ruzné segregacní mikro- i makronehomogenity [5], které negativne ovlivnují vlastnosti tuhých látek. Hlavním materiálovým parametrem rozdelovacích procesu i vhorcíku a jeho slitinách je rozdelovací koeficient k o prímesi B v základní látce A, který lze definovat [6,7,8] jako izotermní pomer koncentrace prímesi na krivce solidu X SB ke koncentraci na krivce likvidu X LB v binární soustave kov-prímes: k o = X SB / X LB [T = konst.]. (1) Rovnovážný rozdelovací koeficient k o muže nabývat hodnot vetších nebo menších než 1 podle toho, zda prímes snižuje teplotu tání T m A základní složky (k o < 1) u eutektických systému nebo zvyšuje teplotu tání základní složky (k o > 1) u peritektických typu binárních systému A-B [7,8]. 1

Pro výpocet krivek solidu a likvidu v binárních soustavách byla autory [6,7,8] vypracována metodika, podle které mohou být krivky solidu a likvidu vyjádreny polynomem druhého nebo vyššího stupne, príp. jinou odpovídající funkcí, a to zejména v oblasti prilehlé k základní složce A ve funkcních závislostech T S = f( X SB ), T L = f( X LB ) tak, aby odpovídaly realite T S = a s X SB 2 + b s X sb + T m A, (2) 2 T L = a L X LB + b L X LB + T A m, (3) A kde teplota tání T m je v prípade horcíku T Mg m = 650 o C; X SB, X LB jsou koncentrace prímesi B udávané v at. %. Ke stanovení hodnot rovnovážných rozdelovacích koeficientu prímesí v horcíku jsme pristoupili na základe systematického studia dostupných binárních diagramu horcík prímes, viz obr. 1. V kompendiích [9-14] bylo dosud ruznými autory publikováno cca 60 binárních systému horcík prímes, z toho 44 úplných, 16 neúplných a pro 30 prímesí binární diagram nebyl dosud sestaven. V tabulce 1 jsou v abecedním poradí shrnuty pro 43 prímesí v horcíku autory vypoctené parametry a S,L a b S,L rovnic (2) a (3) vcetne rozsahu jejich platnosti od teploty tání horcíku do udané teploty T E,P [ o C]. V téže tabulce jsou dále uvedeny stanovené limitní hodnoty rovnovážných rozdelovacích koeficientu prímesí v horcíku k o lim a soucasne hodnoty k oe - pro eutektické nebo k op pro peritektické teploty známých diagramu systému Mg - prímes. Z obr. 1 je patrné, že pouze 4 prímesové prvky (Sc, Ti, Mn, Zr) tvorí s Mg peritektické diagramy, teplotu tání horcíku zvyšují a mají tedy k o > 1. Analogicky se budou chovat tri prognózované prímesi V, Cr, Nb. Všechny ostatní prímesi T Mg m snižují (k o < 1). Horcík prakticky nereaguje ani v tavenine ani v tuhém stavu s vysokotavitelnými kovy jako Cr, Mo, W aj. Rovnež nekteré další kovy jako Mn, Zr, ale i Ni a Co se jak vtavenine, tak v tuhém stavu rozpouštejí jen velmi omezene. Dobrou rozpustností v horcíku se vyznacují kovy s plne obsazeným d-orbitem, k nimž napr. patrí Zn, Cd, In, Sn, Tl. Maximální (témer ideální) rozpustnost má kadmium, které se nejméne liší v atomových polomerech i elektronových obalech. Kovy IV. a V. grupy tvorí s horcíkem valencní slouceniny (napr. Mg 2 Si, Mg 2 Sn, Mg 2 Bi). S kovy II. a III. grupy tvorí horcík fáze, u nichž se pravidlo valentnosti neuplatnuje. Kovy III. grupy s nedostatecne zaplnenými d-orbity jako Sc, Y, La, prvky vzácných zemin a Th tvorí s horcíkem radu fází (eutektických typu) a jsou v tavenine horcíku omezene rozpustné. S kovy alkalických zemin Ca, Sr, Ba a alkalickými kovy Na, K, Rb, Cs nevykazuje horcík rozpustnost v tuhém stavu, což lze pricíst na vrub znacné rozdílnosti atomových polomeru. Výjimku z tohoto pravidla tvorí Li, jehož atomový polomer se liší od atomového polomeru horcíku o 2 %. V systémech Mg Na a Mg K existují v tavenine oblasti nemísitelnosti a tyto prvky tvorí na strane Mg diagramy s monotektikem. Šírka intervalu tuhnutí mezi likvidem a solidem spolu s rozdelovací schopností jednotlivých prímesí v horcíku se rozhodujícím zpusobem podílejí na chemických a strukturních nehomogenitách vznikajících v litých útvarech pri primární krystalizaci. 3. Periodická korelacní závislost rozdelovacích koeficientu prímesí v horcíku a její význam pro praxi a rízení procesu probíhajících na rozhraní krystal - tavenina Rozdelovací koeficient predstavuje komplex vlastností prímesového prvku, které se projevují pri jeho zaclenování do mrížky základní látky. Významnou funkcí rovnovážných rozdelovacích koeficientu je jejich zarazení do ruzných korelacních závislostí na rade fyzikálních vlastností prímesových prvku [6,7,8] ci na maximální rozpustnosti prímesi v solidu a pod. Nejvýznamnejší však je periodická korelacní závislost rozdelovacích koeficientu prímesí v základní látce na protonovém císle prímesí (obr. 2). 2

Obr. 1. Charakteristiky binárních systému horcík prímes. Fig. 1. Characteristics of magnesium admixture binary systems. 3

T a b u l k a 1. Parametry a S, b S, a L, b L krivek solidu a likvidu v systémech Mg prímes, rozsah jejich platnosti od T m Mg = 650 C do T EP a rozdelovací koeficienty k o lim a k EP prímesí v horcíku (? H m Mg = 4077 J.mol -1 ) T a b l e 1. Regression parameters a S, b S, a L, b L of solidus and liquidus curves in Mg admixture systems, range of their validity from T m Mg = 650 C to T EP and distribution coefficients k o lim and k EP of admixtures in magnesium Nr. Mg - X k o lim k EP a S b S a L b L T EP 47 Ag 0,1 0,15 6,4259-70,1966-0,1707-7,3544 472 13 Al 0,29 0,33 0,1209-19,8403-0,0329-5,8246 437 79 Au 0,12 0,014-1190,4711-630,9528-0,3959-8,0207 575 56 Ba 0,0013 0,00099-808077,0625-6383,8442 0,8407-8,5018 634 83 Bi 0,081 0,085 4,9588-93,6365 0,0015-7,5969 553 20 Ca 0,046 0,076 21,2139-166,7683-0,4629-7,8263 516,5 48 Cd 0,43 0,58 0,1709-10,5117-0,0164-4,6236 500 58 Ce 0,025 0,02-3611,1108-319,4444-1,2193-8,2454 592 29 Cu 0,00069 0,0009-29812,6653-12298,5117-0,2017-8,5164 485 66 Dy 0,35 0,5-0,7940-14,9388-0,4428-5,2670 560 68 Er 0,34 0,65 0,5998-15,7327-0,2131-5,3813 570 31 Ga 0,082 0,11 7,6405-91,0305-0,2112-7,5182 425 64 Gd 0,2 0,5 1,9272-31,2467-0,5823-6,4668 548 32 Ge 0,055 0,08-80,0055-135,9997-4,3208-7,5528 635 1 H 0,92 0,84 0,0061-0,7030 0,0085-0,6494 643 80 Hg 0,037 0,052 44,6767-212,5349-0,2051-7,8963 448 67 Ho 0,38 0,5-1,1667-13,1667-0,4455-5,0453 555 49 In 0,42 0,74 0,1218-10,8927-0,0717-4,6503 484 77 Ir 0,026 0,04 274,7257-304,9451-0,9276-7,9692 615 57 La 0,025 0,06 306,1239-307,1431-3,5974-7,8130 613 3 Li 0,67 0,74 0,0139-3,8944-0,0030-2,6507 588 71 Lu 0,58 0,73 0,2444-5,9778 0,0590-3,5071 616 25 Mn 1,37 1,1 0,7015 2,3134 0,1647 3,1851 653 60 Nd 0,13 0,12-54,1667-50,8334-0,8612-7,0054 545 28 Ni 0,0021 0,0031 6900,6909-3900,4307-0,4006-8,2082 506 82 Pb 0,23 0,4 0,3418-26,5543-0,1715-6,3108 466,2 46 Pd 0,023 0,029-559,9448-349,4735-0,7758-8,0515 540 59 Pr 0,026 0,019-5952,3735-297,6196-1,6776-8,0725 575 94 Pu 0,14 0,25-2,0833-47,9167-0,6699-7,0047 523 21 Sc 2,18 1,73-0,0334 4,5017-0,3355 9,8289 710 14 Si 0,0015 0,0025 35555,5938 5199,9932-2,0566-8,3040 637 62 Sm 0,22 0,12-91,6667-28,3333-1,0704-6,4367 530 50 Sn 0,26 0,31-1,1166-22,7667-0,2124-6,0263 561,2 38 Sr 0,0045 0,005-1111,1006-1833,3336-0,4656-8,2702 585 65 Tb 0,27 0,52-0,4545-21,7273-0,6842-5,9318 530 90 Th 0,12 0,07-139,8605-58,0418-0,4119-7,2139 582 22 Ti 1,27 1,87-0,5838 1,7712 0,6266 2,2494 651 81 Tl 0,29 0,62 0,2346-19,4128-0,1622-5,7950 405 69 Tm 0,51 0,57-0,2645-7,5397-0,1271-3,9239 592 39 Y 0,19 0,25 3,0104-34,5295 0,0420-6,7694 567 70 Yb 0,061 0,11 12,5704-129,8733-0,5016-7,9231 509 30 Zn 0,23 0,084-38,0141-26,5944-0,1346-6,3035 341 40 Zr 3,77 6,47-2,4392 5,9966-1,7252 22,6379 653 4

T a b u l k a 2. Rovnovážné k o a efektivní k ef rozdelovací koeficienty prímesí v horcíku At.Nr. Me k olim k o [15] k o [17] k o [18] k o [19] k ef [18] k ef [20] 1 H 0,92 2 He <0,0001 3 Li 0,67 0,7 5 B <1 7 N <0,01 10 Ne <0,0001 11 Na <0,01 <0,1 <0,001 0,001 12 Mg 1 13 Al 0,29 0,1<0,5 0,32 0,3 0,278 0,35..0,62 0,327 14 Si 0,0015 <0,1 0,003 0,003 0,0026 0,04..0,28 0,0428 18 Ar <0,0001 19 K <0,01 20 Ca 0,046 <0,1 0,006 0,06 21 Sc 2,18 22 Ti 1,27 >1 2,5 2,5 23 V >1 >1 24 Cr >1 >1 25 Mn 1,37 >1 3 3 6,1 26 Fe <1 0,1<0,5 0,17 ~1 27 Co <0,01 <0,1 0,002 0,002 28 Ni 0,0021 <0,1 0,004 0,004 0,0043 0,0145 29 Cu 0,00069 <0,1 0,04 0,04 0,043 0,04..0,25 0,048 30 Zn 0,23 0,03 0,03 0,03 0,264 31 Ga 0,082 0,21 0,75 32 Ge 0,055 0,003 0,003 33 As <0,1 36 Kr <0,0001 37 Rb <0,01 38 Sr 0,0045 <0,1 0,008 0,008 39 Y 0,19 0,1<0,5 0,05 0,35 40 Zr 3,77 >1 6 2,2 41 Nb >1 42 Mo ~1 46 Pd 0,023 47 Ag 0,1 0,1<0,5 0,32 0,32 48 Cd 0,43 0,1<0,5 0,6 0,8 49 In 0,42 0,1<0,5 0,8 0,8 50 Sn 0,26 0,1<0,5 0,2 0,2 0,2 0,317 51 Sb 0,021 0,008 0,008 54 Xe <0,0001 55 Cs <0,01 56 Ba 0,0013 <0,1 0,006 0,006 57 La 0,025 0,1<0,5 0,18 0,28 58 Ce 0,025 0,05 59 Pr 0,026 60 Nd 0,13 0,1 62 Sm 0,22 63 Eu ~0,1 64 Gd 0,21 0,07 65 Tb 0,27 66 Dy 0,35 67 Ho 0,38 68 Er 0,34 69 Tm 0,52 70 Yb 0,061 71 Lu 0,58 72 Hf <1 77 Ir 0,026 79 Au 0,012 0,02 0,02 80 Hg 0,037 0,005 0,05 81 Tl 0,29 0,8 0,8 82 Pb 0,23 0,4 0,42 0,423 0,348 83 Bi 0,081 0,15 0,15 86 Rn <0,0001 90 Th 0,12 0,12 92 U ~0,1 94 Pu 0,14 5

Jako príklad korelacní závislosti je uvedena periodická korelacní závislost hodnot rozdelovacích koeficientu prímesí v horcíku na protonovém císle prímesi - viz obr. 2, sestavená autory jako puvodní vedecký prínos z dostupných hodnot k o (tab. 1) a z limitních k o i experimentálních hodnot k ef (tab. 2) podle rady autoru [15-20], jejichž rozptyly jsou pro jednotlivé prímesi pomerne malé. U systému, o nichž dosud neexistuje dostatek vstupních informací ci chybí údaje i grafy binárních diagramu Mg - prímes, byla na základe korelací zapracována do tab. 2 prognóza hodnot k o formou znamének <1 nebo >1. V periodické závislosti (obr. 2) tvorí minima krivek hodnoty k o inertních plynu He, Ne, Ar, Kr, Xe a Rn, které jsou v horcíku prakticky nerozpustné (k o < 0,0001) a oddelují od sebe jednotlivé periody. Maxima hodnot k o v jednotlivých periodách leží vždy mezi dvema inertními plyny. V prvních trech krátkých periodách jsou maxima tvorena hodnotami k o prímesí H, Li a Mg. Ve dvojnásobných periodách 4. a 5. jsou výrazná maxima k o u prvku 4. periody tvorena Sc, Ti, V, Cr a Mn, v 5. periode Zr, Nb s hodnotami k o > 1. V 6. trojnásobné periode vykazují prvky kovu vzácných zemin vzrustající tendenci hodnot od La (k o = 0,025) až po Lu (k o = 0,58). Ve 4., 5. i 6. periode se vyskytují i druhá nevýrazná maxima k o, a to ve 4. periode u prímesi Zn, v5. periode u prvku Cd, In a v 6. periode u Tl. V 5. a 6. periode chybí údaje pro prímesové prvky napr. Nb, Mo, Tc, Ru, Rh a v6. periode obdobne schází informace o systémech Mg Hf, Ta, W, Re, Os, Pt, jejichž diagramy nejsou dosud známy. Podobné periodické korelacní závislosti byly autory již dríve sestaveny a proverovány pro více než 52 základních prvku [6,7,8]. 10 ko lim Distribution coefficient k o 1 0,1 0,01 H Li B N Mg Na Al Sc Ti Mn Cr Fe Ca K Zn Ga Ge As Y Zr Nb Mo Cd Ag Pd In Sn Sb La Nd Ce Pr Sm Tm Tb DyHo Er Gd Yb Lu Hf Ir Tl Pb Bi Hg Au Th progn. [18] [19] Pu U Sr 0,001 Si Co Ni Cu Rb Ba Cs 0,0001 He Ne Ar Kr 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Atomic number of admixture Xe Rn Obr. 2. Periodická korelacní závislost rozdelovacích koeficientu prímesí v horcíku na protonovém císle prímesi. Fig. 2. Periodical correlation dependence of distribution coefficients of admixtures in magnesium on atomic number of admixture. 6

4. Rafinace horcíku zonálním tavením Použití krystalizacních metod smerové krystalizace a zonálního tavení [21] k rafinaci horcíku nedospelo dosud k výraznému rozvoji. Jejich aplikace je delikátní vzhledem k vysoké tenzi par horcíku nad teplotou tání a dále pro nutnost práce v ochranné atmosfére obsahující anhydrid síry. Vsázka horcíku o prurezu 1 cm 2 a délce 26 až 30 cm se zonálne pretavovala na lodicce ze železa [16] nebo grafitu [19], která byla umístena vkremenné trubici a tavení se provádelo odporovým ohrevem v atmosfére argonu a pod ochrannou vrstvou sirného kvetu. Zonální tavení studoval ve své disertaci Kazakov [17], Kazakov, Beljajev a Vigdorovic [18] Chaudron [15], Revel [16] a dále Yue a Clark [19, 20]. Vliv rychlosti posuvu roztavené zóny a poctu pruchodu pri zonální rafinaci byly studovány pomocí efektivních rozdelovacích koeficientu k ef, které jsou uvedeny v tab. 2. Z hodnot k o a k ef zjištených výše uvedenými autory vyplývá, že rafinace horcíku od Li, Cd, In a Tl bude pomerne obtížná, vzhledem k hodnotám k o od 0,4 do 0,75, obdobne jako od Sc, Ti, Mn a Zr (k o > 1). Vetšina ostatních prímesí má rozdelovací koeficienty menší než jedna, a proto se bude jejich obsah v horcíku pri zonálním tavení postupne snižovat. Prímesi, které mají urcitou rozpustnost v tuhém horcíku se delí na dve skupiny: - Prímesi, tvorící s horcíkem diagramy eutektického typu s rozdelovacími koeficienty 0,4 až 0,01 a úcinnost jejich rafinace bude vzrustat se snižujícími se hodnotami rozdelovacích koeficientu. Prímesi této skupiny se budou pri zonálním tavení horcíku vsouladu s teorií [21] vytesnovat na konci ingotu a rafinace horcíku od techto prímesí bude úcinná. - Prímesi 2. skupiny, tvorící diagramy peritektického typu k o > 1 se budou koncentrovat v pocátecní cásti ingotku. Rafinace horcíku od techto prímesí bude velmi obtížná. Snižování obsahu železa probíhá nejen v dusledku zonálního tavení, ale hlavne díky gravitacnímu oddelování dle rozdílných hustot Mg a Fe [15,16,19,20]. Rychlost premístování zóny od 0,2 do 2,1 mm/min zpusobuje ruznou efektivitu rafinace horcíku, což je vyjádreno hodnotami efektivních rozdelovacích koeficientu k ef pro prímesi Al, Si a Cu [16,18] viz tab. 2. Po 6 až 10 poctech pruchodu zóny se rozdelování prímesí blíží k tzv. konecnému rozdelení a další zvyšování poctu pruchodu bývá neefektivní. Další rafinace však muže úcinne probíhat po sekcionování vzorku na tri cásti. Nový ingotek se sestaví z nejcistších cástí a další rafinace probíhá analogicky. Takto lze dosáhnout cistoty horcíku až 6N. 5. Záver Z dostupných binárních diagramu systému Mg prímes byly pro oblasti prilehlé teplote tání cistého horcíku sestaveny rovnice krivek solidu a likvidu. Byly stanoveny hodnoty rovnovážných rozdelovacích koeficientu prímesí v horcíku a porovnávány s efektivními rozdelovacími koeficienty zjištenými po zonálním tavení. Jako puvodní prínos byla sestavena periodická korelacní závislost rovnovážných rozdelovacích koeficientu na protonovém císle prímesi. Tato umožnuje predikci chování prímesí i u systému, u nichž nebyly dosud sestaveny binární diagramy. Podekování Tato práce vznikla v rámci rešení grantového projektu GA CR reg. c. 106/02/1404 Perspektivní koncentracne gradientní materiály a studium vlivu difuzních procesu na jejich vlastnosti na Fakulte metalurgie a materiálového inženýrství VŠB TU Ostrava a s podporou Ministerstva školství pri rešení výzkumného zámeru fakulty - projekt Nr. MSM 273600002 Nové materiály pripravované krystalizacními procesy. 7

LITERATURA [1] PTÁCEK, L.: Slitiny horcíku, soucasný stav vývoje a použití. In: Metal 2001, Tanger s.r.o. Ostrava, on CD ROM, s. 1-12. [2] CÍŽEK, L. KORENÝ, R. HERNAS, A. JURICKA, I. LASEK, S.: Možnosti využití odlitku z horcíkových slitin v automobilovém pprumyslu. In: Metal 2002, Tanger, s.r.o., Ostrava, on CD ROM, 2002, s. 1-9. [3] TROJANOVÁ, Z. KÚDELA, S. LUKÁC, P. DROZD. Z. - MÁTHIS, K. - KOLENCIAK, V. - SCHWEIGHOFFER, A.: Mechanické vlastnosti slitin Mg-Li-Al zpevnených krátkými safilovými vlákny. Kovové materiály, 39, 2001, 1, s. 1. [4] KUCHAR L. - DRÁPALA J.: Rozdelovací koeficienty prímesí v horcíku. Kovové materiá ly, 42, 2004, v tisku. [5] CÍŽEK, L. et all.: Príspevek ke studiu segregacních procesu ve slitinách horcíku. Acta Metallurgica Slovaca, 3, 2002, p. 115-118. [6] BARTHEL J. - BUHRIG, E. - HEIN K. - KUCHAR, L.: Kristallisation aus Schmelzen. Leipzig, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 1983. [7] KUCHAR L. - DRÁPALA J.: Metalurgie cistých kovu. Nadácia R. Kammela, Košice, 2000. [8] DRÁPALA J. - KUCHAR L. TOMÁŠEK, K. TROJANAVÁ, Z.: Horcík, jeho slitiny a binární systémy Mg - prímes. ES VŠB TU Ostrava, Ostrava, 2004, v tisku. [9] HANSEN, M.: Constitution of Binary Alloys. McGraw-Hill Company, New York, 1958. [10] ELLIOTT, R.P.: Constitution of Binary Alloys. McGraw-Hill Company, New York, 1965. [11] SHUNK, F.A. Constitution of Binary Alloys. McGraw-Hill Company, New York, 1969. [12] MASSALSKI, T.D.: Binary Alloy Phase Diagrams. ASM Metals Park, Ohio, 1987. [13] MASSALSKI, T.D.: Binary Alloy Phase Diagrams. Second Edition Plus Updates on CD ROM, ASM International, Metals Park, Ohio, 1996. [14] OKAMOTO, H.: Phase Diagrams for Binary Aloys. Desk Handbook. ASM International, Materials Park, Ohio, 2000. [15] CHAUDRON, G. DIMITROV, O. FROMAGEAU, R.: Monographies sur les métaux de haute pureté. MASSON Paris, 1977, tome 2, chapter 27, p. 113. [16] CHAUDRON, T. REVEL, G.: Purification du magnesium par zone fondue et influence de la pureté C.R.Acad.Sc. Paris, t. 260, 1957, p. 1957. [17] KAZAKOV, A.P.: Autoreferát disertace MISIS Moskva, 1965. [18] KAZAKOV, A.P. - BELJAJEV, A.I. - VIGDOROVIC, V.N.: Izv. AN SSSR, Metally, No. 4, 1965, s. 92. [19] YUE, A. S. - CLARK, J.B.: Zone melting of magnesium. Trans. AIME, 212, 1959, p. 881. [20] YUE, A. S. - CLARK, J.B.: Trans. AIME, 218, No. 2, 1960, p. 55. [21] PFANN, W.G.: Zone melting. New York London, 1958. 8