Теплопроводность и температуропроводность расплавов редкоземельных металлов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-79-10237

НазваниеТеплопроводность и температуропроводность расплавов редкоземельных металлов

Руководитель Савченко Игорь Васильевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №23 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-202 - Теплофизические свойства веществ и материалов, в том числе в экстремальных состояниях

Ключевые слова Теплопроводность, температуропроводность, редкоземельные металлы, лантаноиды, жидкое состояние, металлический расплав, высокие температуры, метод лазерной вспышки, плавление

Код ГРНТИ29.17.27

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Интерес к изучению свойств лантаноидов связан с возможностью получить информацию о влиянии локализованных электронов на макроскопические характеристики металлов. Такие данные являются ключом к решению одной из важнейших задач - определения связи электронного строения вещества с его структурой и физическими свойствами в конденсированном состоянии. Интерес к изучению свойств РЗМ стимулируется также потребностями практики, т.к. их применение в современных технологиях непрерывно возрастает. Новые, надежные данные по транспортным свойствам РЗМ и их изменениям при фазовых превращениях могут служить научной базой для оптимизации промышленных процессов производства и использования этих материалов. Активное изучение свойств лантаноидов началось с конца 50-х годов прошлого столетия, когда были разработаны методики их очистки и получены металлы со сравнительно малым содержанием примесей. Тем не менее, до настоящего времени многие свойства РЗМ экспериментально не исследованы, либо изучены недостаточно. В настоящее время теплопроводность и температуропроводность лантаноидов изучена наиболее тщательно в низкотемпературной области и области умеренных температур (вблизи 293 К). В 1991 году в своей докторской диссертации Андрей Дмитриевич Ивлиев охарактеризовал данные о теплофизических характеристиках РЗМ в области высоких температур как фрагментарные, а в ряде случаев противоречивые. Результаты упомянутой диссертации, а также результаты других, более поздних исследований, включая наши (проект РФФИ № 14-08-00602 А) существенно дополняют информацию о свойствах РЗМ в области высоких температур, однако речь идет о температурах соответствующих области существования твердой фазы. Анализ литературы показал, что данные по тепло- и температуропроводности легких РЗМ получены в единичных работах и плохо согласуются между собой (отличие в температурных коэффициентах теплопроводности достигает 400 %). По-видимому, по этой причине в известных справочных изданиях не приводятся даже приблизительные оценки значений коэффициентов переноса тепла расплавов РЗМ. Такое положение дел связано не только со сложностью высокотемпературного эксперимента, как такового, но в большей степени со спецификой физико-химических свойств этих металлов - высокой химической активностью, агрессивностью (в жидком состоянии РЗМ взаимодействуют со всеми материалами, интенсивное окисление многих из них происходит уже при комнатной температуре), высокой упругостью паров. Имеющийся у автора уникальный опыт исследований свойств металлических расплавов (включая жидкие РЗМ), наличие прецизионной установки, апробированных методик измерений теплопроводности жидких и высокопластичных металлов, дает основание ожидать получения экспериментальных данных в наиболее широких интервалах параметров состояния с погрешностью соответствующей или превосходящей мировой уровень. Экспериментальное определение тепло- и температуропроводности жидких РЗМ предполагается провести методом лазерной вспышки (флэш-метод). В современном мире, большинство измерений температуропроводности твердых материалов выполняется этим методом. Такая популярность обусловлена некоторыми преимуществами флэш-метода перед традиционными методиками, которые состоят в его универсальности, бесконтактности и малом времени проведения единичного измерения (порядка 1 секунды). В распоряжении авторов проекта имеется реализующая данный метод установка LFA-427 фирмы NETZSCH (Германия). По своим эксплуатационным параметрам и, прежде всего, по точности измерений (2 - 5 %) и максимальной температуре опытов (до 2000C), LFA-427 является одной из лучших установок в мире, предназначенной для измерений высокотемпературной температуропроводности веществ и материалов в твердом состоянии. LFA-427 адаптирована к работе с расплавами и пластичными материалами, разработаны конструкции измерительных ячеек и держателей, методика измерения теплопроводности и температуропроводности чистых металлов и сплавов в жидком состоянии, а также алгоритмы и программы математической обработки данных. Апробация новой методики на ряде жидких металлов (ртуть, индий, олово, свинец) подтвердила высокую надежность получаемых результатов. К настоящему моменту методика аттестована в государственной службе стандартных справочных данных (ГСССД МЭ 202-2012), и признана стандартным способом определения тепло- и температуропроводности расплавов. В результате выполнения проекта будут получены новые достоверные экспериментальные данные по теплопроводности и температуропроводности четырех легких редкоземельных металлов ( La, Ce, Nd, Sm) в широком интервале температур жидкого состояния. Результаты будут представлены как в виде таблиц рекомендуемых значений, так и в виде аналитических зависимостей от параметров состояния. Будет выполнен поиск корреляционных зависимостей тепло- и температуропроводности от других свойств, проанализирована природа этих зависимостей на основе экспериментальной информации и имеющихся модельных представлений. Новые экспериментальные данные по тепло- и температуропроводности легких РЗМ, а также полученные в работе выводы и обобщения представляют интерес для теории теплофизических свойств веществ, физики металлов, жидкостей и фазовых превращений, фактический числовой материал может быть использован в разнообразных тепловых расчетах. Все полученные в рамках проекта результаты будут опубликованы согласно требованиям Российского научного фонда.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Самошкин Д.А., Станкус С.В., Агажанов А.Ш., Савченко И.В. Теплопроводность и температуропроводность неодима в конденсированном состоянии Сборник тезисов Всероссийской конференции «XXXIV Сибирский теплофизический семинар», 27–30 августа 2018, Новосибирск (год публикации - 2018)

2. Самошкин Д.А., Савченко И.В., Станкус С.В., Агажанов А.Ш. Коэффициенты переноса тепла самария в конденсированном состоянии Тезисы докладов III Всероссийской конференции «Теплофизика и физическая гидродинамика» Ялта, Республика Крым, отель "Ливадийский" 10-16 сентября 2018 г. (год публикации - 2018)

3. Савченко И.В., Самошкин Д.В., Станкус С.В. Thermal conductivity and thermal diffusivity of cerium in the temperature range 293 - 1773 K book of abstracts RCCT 2019 (год публикации - 2019)

4. Савченко И.В., Самошкин Д.В., Станкус С.В. Thermal diffusivity measurement of Cerium in the temperature range 300 – 1800 K Journal of Engineering Thermophysics (год публикации - 2019)

5. Савченко И.В., Самошкин Д.В., Станкус С.В. Температуропроводность сплава La98.8Fe1.2 в интервале температур 293-1623 К Теплофизика и аэромеханика (год публикации - 2019)

6. Самошкин Д.А., Савченко И.В., Станкус С.В., Агажанов А.Ш. Thermal diffusivity and thermal conductivity of neodymium in the temperature range 293 – 1773 K Journal of Engineering Thermophysics (год публикации - 2018)

7. Самошкин Д.А., Савченко И.В., Станкус С.В., Агажанов А.Ш. Теплопроводность и температуропроводность самария в интервале температур 293-1773 К Журнал "Теплофизика и аэромеханика" (год публикации - 2018)

8. Савченко И.В., Самошкин Д.А. Experimental Investigation of the Thermal Conductivity of Neodymium and Samarium Melts by a Laser Flash Technique Proceedings of 20th International Conference on Materials and Thermal Properties (год публикации - 2018)

9. Самошкин Д.А., Хайрулин А.Р. Экспериментальное исследование коэффициентов теплопроводности и температуропроводности неодима в конденсированном состоянии методом лазерной вспышки Физика сплошных сред: Материалы 56-й Международной научной студенческой конференции (год публикации - 2018)

Публикации