Кондуктивный и конвективный режимы горения гранулированных смесей Ti–C–NiCr

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследованы режимы горения порошковых и гранулированных смесей (100 − X)(Ti + C) + X NiCr (X = 0–30%), содержащих порошки титана разной дисперсности с разным количеством примесных газов в них. Экспериментальная установка обеспечивала фильтрацию примесных газов, выделяющихся при горении, в спутном направлении или через боковую поверхность образца. Разница экспериментальных скоростей горения порошковых смесей с титаном разной дисперсности объяснена с использованием конвективно-кондуктивной модели горения. Для гранулированных смесей на основе порошка титана с характерным размером частиц 120 мкм показано, что горение происходит в кондуктивном режиме. Сравнение скоростей горения гранулированных смесей, содержащих порошок титана с частицами характерного размера в 60 мкм, в отсутствие и при наличии фильтрации газа через образец свидетельствуют о переходе горения в конвективный режим. Сформулированы необходимые и достаточные условия перехода от кондуктивного горения к конвективному, что дало возможность определить состав смеси, горение которой происходит в пограничной области. В смесях на основе Ti с размером частиц 60 мкм кондуктивный режим горения наблюдается при горении гранул размером 0.6 мм и смеси с X = 30% из гранул размером 1.7 мм. Для смесей c X = 0–20% с гранулами размером 1.7 мм, горящих в конвективном режиме, с использованием экспериментальных данных сделана оценка коэффициентов межфазового теплообмена. Их значения больше чем на порядок превышают теоретические. Результаты рентгенофазового анализа продуктов горения показали, что для получения продуктов синтеза без побочных фаз интерметаллидов необходимо использовать мелкодисперсный порошок титана.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Б. С. Сеплярский

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: seplb1@mail.ru
Россия, Черноголовка

Р. А. Кочетков

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Email: seplb1@mail.ru
Россия, Черноголовка

Т. Г. Лисина

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Email: seplb1@mail.ru
Россия, Черноголовка

Н. И. Абзалов

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук

Email: seplb1@mail.ru
Россия, Черноголовка

Список литературы

  1. Liu Y., Yu, B.H., Guan D.H. et al. // J. Mater. Sci. Lett. 2001. V. 20. P. 619. https://doi.org/10.1023/A:1010965216385
  2. Chesnokov A.E., Filippov A.A. // J. Appl. Mech. Tech. Phys. 2022. V. 63. P. 329. https://doi.org/10.1134/S002189442202016
  3. Bolelli G., Colella A., Lusvarghi L., Morelli S. et al. // Wear. 2020. V. 450–451. № 203273. https://doi.org/10.1016/j.wear.2020.203273
  4. Kiryukhantsev-Korneev P.V., Sytchenko A.D. & Leva shov E.A. // Russ. J. Nonferrous Met. 2019. V. 60. P. 662. https://doi.org/10.3103/S1067821219060099
  5. Zhang W., Sui M.L., Zhou Y.Z. et al. // J. Mater. Res. 2003. V. 18. P. 1543. https://doi.org/10.1557/JMR.2003.0213
  6. Borisova A.L., Borisov Y.S. // Powder Metall. Met. Ceram. 2008. V. 47. P. 80. https://doi.org/10.1007/s11106-008-0012-5
  7. Солоненко О.П., Овчаренко В.Е., Ульяницкий В.Ю. и др. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2016. Т. 10. № 5. С. 56. https://doi.org/10.7868/S0207352816100206
  8. Bartuli C., Smith R.W., Shtessel E. // Ceram. Int. 1997. V. 23. P. 61.
  9. Сеплярский Б.С., Кочетков Р.А., Лисина Т.Г. и др. // Неорган. материалы. 2019. Т. 55. № 11. С. 1169. https://doi.org/10.1134/S0002337X19110113
  10. Seplyarskii B.S., Kochetkov R.A., Lisina T.G. et al. // Int. J. Self-Propag. HighTemp. Synth. 2022. V. 31. № 4. P. 195. https://doi.org/10.3103/S1061386222040100
  11. Сеплярский Б.С., Абзалов Н.И., Кочетков Р.А., Лисина Т.Г. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 3. С. 23. https://doi.org/10.31857/S0207401X21030109
  12. Seplyarskii B.S., Kochetkov R.A., Lisina T.G., Alymov M.A. // IOP Conf. Series: Mater. Sci. Eng. 2019. V. 558. № 012045. https://doi.org/10.1088/1757-899X/558/1/012045
  13. Костин С.В., Кришеник П.М., Рогачев С.А. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 1. С. 24. https://doi.org/10.31857/S0207401X21010076
  14. Рогачев С.А., Шкадинский К.Г., Кришеник П.М. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 8. С. 59. https://doi.org/10.31857/S0207401X22030098
  15. Беляев А.А., Ермолаев Б.С. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 8. С. 3. https://doi.org/10.31857/S0207401X23080034
  16. Сеплярский Б. С. // Докл. АН. 2004. Т. 396. № 5. С. 640.
  17. Азатян Т.С., Мальцев В.М., Мержанов А.Г., Селезнев В.А. // Физика горения и взрыва. 1977. Т. 13. № 2. С. 186.
  18. Seplyarskii B.S., Kochetkov R.A., Lisina T.G., Rub tsov N.M., Abzalov N.I. // Combust. and Flame. 2022. V. 236. № 111811. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2021.111811
  19. Зенин А.А., Мержанов А.Г., Нерсисян Г.А. // Физика горения и взрыва. 1981. Т. 17. № 1. С. 79.
  20. Корольченко И.А., Казаков А.В., Кухтин А.С., Крылов В.Л. // Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов. 2004. Т. 13. № 4. С. 36.
  21. Seplyarskii B.S., Kochetkov R.A. // Intern. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2017. V. 26. № 2. P. 134. https://doi.org/10.3103/S106138621702011X
  22. Slezak T., Zmywaczyk J., Koniorczyk P. // Proc. 21th AIP Conf. 2019. P. 2170. https://doi.org/10.1063/1.5132738
  23. Мартиросян И.А., Долуханян С.Г., Мержанов А.Г. // Физика горения и взрыва. 1981. Т. 17. № 4. С. 24.
  24. Сеплярский Б.С., Кочетков Р.А., Лисина Т.Г., Абзалов Н.И. // Физика горения и взрыва. 2021. Т. 57. № 3. С. 88. https://doi.org/10.15372/FGV20210308
  25. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967.
  26. Мукасьян А.С., Шугаев В.А., Кирьяков Н.В. // Физика горения и взрыва. 1993. Т. 29. № 1. С. 9.
  27. Алдушин А.П., Мержанов А.Г. Распространение тепловых волн в гетерогенных средах. Новосибирск: Наука, 1988.
  28. Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. М.: Металлургия, 1989.
  29. Шелудяк Ю.В., Кашпоров Л.Я., Малинин Л.А., Цалков В.Н. Теплофизические свойства компонентов горючих систем: Справочник. М.: НПО ИНФОРМ ТЭИ, 1992.
  30. Лариков Л.Н., Юрченко Ю.Ф. Структура и свойства металлов и сплавов. Киев: Наукова думка, 1985.
  31. Гольдштик М.А. Процессы переноса в зернистом слое. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1984.
  32. Гусаченко Л.К., Зарко В.Е., Рычков А.Д., Шокина Н.Ю. // Физика горения и взрыва. 2003. Т. 39. № 6. С. 97.
  33. Касацкий Н.Г., Филатов В.М., Найбороденко Ю.С. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез. Томск: Изд-во Томск. ГУ, 1991.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 – баллон с аргоном, 2 – датчики расхода аргона, 3 – датчики давления газа, 4 – переключатель газа, 5 – вольфрамовая спираль, 6 – шихта, 7 – подложка, 8 – цифровая видеокамера, 9 – персональный компьютер для записи данных с датчиков и видеокамеры.

Скачать (237KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Распределение частиц порошков исходных металлических компонентов по размерам.

Скачать (139KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Внешний вид частиц титана с d(Ti) = 60 мкм (а) и d(Ti) = 120 мкм (б).

Скачать (350KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Фотографии порошковой (а) и гранулированной шихты с гранулами размера D = 0.6 мм (б) и D = 1.7 мм (в) в кварцевом реакторе и цилиндра (г) из металлической сетки с гранулированной шихтой.

Скачать (341KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Кадры горения смеси с Х = 20% при d(Ti) = 60 мкм: а – порошковая смесь, б – гранулы с D = 0.6 мм, в – гранулы с D = 1.7 мм.

Скачать (333KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Скорости горения порошковой смеси (100 − X)(Ti + C) + XNiCr с титаном при d(Ti) = 60 (1) и 120 мкм (2) при варьировании содержания нихрома X.

Скачать (64KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимости скорости горения смесей Ti + C с d(Ti) = 120 (а) и 60 мкм (б) от содержания нихрома X: 1 – порошковая смесь, 2 – гранулированная смесь с D = 0.6 мм, 3 – гранулированная смесь с D = 1.7 мм, 4 – скорость горения вещества гранул.

Скачать (155KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Схема горения гранулированных смесей; а – кондуктивный режим: 1 – сгоревшие гранулы, 2 – горение гранулы в кондуктивном режиме, 3 – начало прогрева следующей гранулы, 4 – исходные гранулы, H – глубина кондуктивного прогрева к моменту воспламенения, Ucom – скорость горения вещества гранулы; б – конвективный режим: 1 – сгоревшие гранулы, 5 – горение гранулы, 6 – начало горения следующего слоя, 4 – исходные гранулы, D – размер гранулы, H0 – глубина конвективного прогрева гранулы к моменту воспламенения потоком газа Gg.

Скачать (286KB)
Метаданные
10. Рис 9. Зависимости скоростей горения Uf (1) и Ugr (2) от содержания нихрома X: D = 1.7 (а) и 0.6 мм (б).

Скачать (150KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Данные РФА продуктов горения: a – порошковая смесь Ti + C; б – порошковая смесь, X = 20%, d(Ti) = 60 мкм; в – гранулированная смесь, X = 20%, d(Ti) = 60 мкм; г – порошковая смесь, X = 20%, d(Ti) = 120 мкм; д – гранулированная смесь, X = 20%, d(Ti) = 120 мкм.

Скачать (183KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024