<div>
	Моделирование диффузионных процессов при электротермической обработке реакционных тиглей системы железо–олово</div>

Фомин Владислав Евгеньевич, Тукмакова Анастасия Сергеевна, Болкунов Геннадий Александрович, Новотельнова Анна Владимировна, Бочканов Федор Юрьевич, Карпенков Дмитрий Юрьевич

doi:10.17586/2226-1494-2023-23-1-202-209

2023 , ТОМ 23, НОМЕР 1 ( январь-февраль )

ISSN 2226-1494 (print), ISSN 2500-0373 (online)

Меню

Публикации

Главный редактор

НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор

Партнеры

doi: 10.17586/2226-1494-2023-23-1-202-209

УДК 536.4

Моделирование диффузионных процессов при электротермической обработке реакционных тиглей системы железо–олово

Фомин В.Е., Тукмакова А.С., Болкунов Г.А., Новотельнова А.В., Бочканов Ф.Ю., Карпенков Д.Ю.

Читать статью полностью

Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:

Фомин В.Е., Тукмакова А.С., Болкунов Г.А., Новотельнова А.В., Бочканов Ф.Ю., Карпенков Д.Ю. Моделирование диффузионных процессов при электротермической обработке реакционных тиглей системы железо-олово // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2023. Т. 23, № 1. С. 202–209. doi: 10.17586/2226-1494-2023-23-1-202-209

Аннотация

Предмет исследования. Методами численного моделирования исследована закономерность диффузионных процессов в реакционных тиглях системы железо–олово при их электротермической обработке. Изучено влияние плотности тока и температуры на процессы тепло- и массопереноса в реакционной зоне. Метод. Численное моделирование выполнено методом конечных элементов. Разработанная модель описывает механические, тепловые, электрические и химические процессы при электротермической обработке системы железо–олово в реакционном тигле с учетом распределения компонентов при различных условиях обработки реакционного тигля. Основные результаты. Выполнен сравнительный анализ расчетных данных по диффузии олова в железо в условиях длительного воздействия высоких температур без приложения электрического напряжения и при нагреве реакционной зоны за счет пропускания электрического тока высокой плотности. Получена картина распределения массовых долей компонентов в зависимости от вида воздействия. Определена глубина проникновения взаимодействующих компонентов и выполнена оценка интенсивности протекания массообменных процессов. Установлены закономерности тепломассопереноса в системе железо–олово при изменении начальных параметров процесса. Верификация модели проведена путем сопоставления результатов моделирования с данными натурных экспериментов на контрольных образцах. Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы при прогнозировании условий получения новых функциональных материалов.

Ключевые слова: компьютерное моделирование, теплопроводность, электропроводность, диффузия, тепловые и электрические поля

Список литературы

Li X., Xu L., Ding L., Wang J., Shen M., Lu X., Zhu Z., Behnia K. Anomalous Nernst and Righi-Leduc effects in Mn₃Sn: Berry curvature and entropy flow // Physical Review Letters. 2017. V. 119. N 5. P. 056601. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.056601
Булат Л.П., Нефедова И.А. О нелинейных термоэлектрических явлениях // Вестник Международной академии холода. 2012. № 4. С. 54–56.
Sales B.C., Saparov B., McGuire M.A., Singh D.J., Parker D.S. Ferromagnetism of Fe₃Sn and alloys // Scientific Reports. 2014. V. 4. N 1. P. 7024. https://doi.org/10.1038/srep07024
Predel B. Fe-Sn (Iron-Tin) // Dy-Er–Fr-Mo. 1995. P. 1–5. https://doi.org/10.1007/10474837_1342
Levashov E.A., Mukasyan A.S., Rogachev A.S., Shtansky D.V. Self-propagating high-temperature synthesis of advanced materials and coatings // International Materials Reviews. 2017. V. 62. N 4. P. 203–239. https://doi.org/10.1080/09506608.2016.1243291
Orrù R., Licheri R., Locci A.M., Cincotti A., Cao G. Consolidation/synthesis of materials by electric current activated/assisted sintering // Materials Science and Engineering: R: Reports. 2009. V. 63. N 4-6. P. 127–287. https://doi.org/10.1016/j.mser.2008.09.003
Nikbakht R., Assadi H. Phase-field modelling of self-propagating high-temperature synthesis of NiAl // Acta Materialia. 2012. V. 60. N 10. P. 4041–4053. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2012.04.017
Lin S., Yeh C., Xie W., Liu Y., Yoshimura M. Ab initio-aided CALPHAD thermodynamic modeling of the Sn-Pb binary system under current stressing // Scientific Reports. 2013. V. 3. N 1. P. 2731. https://doi.org/10.1038/srep02731
Fayyazi B., Skokov K.P., Faske T., Karpenkov D.Y., Donner W., Gutfleisch O. Bulk combinatorial analysis for searching new rare-earth free permanent magnets: Reactive crucible melting applied to the Fe-Sn binary system // Acta Materialia. 2017. V. 141. P. 434–443. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2017.09.036
Chen C.-M., Chen S.-W. Electromigration effect upon the Zn/Ni and Bi/Ni interfacial reactions // Journal of Electronic Materials. 2000. V. 29. N 10. P. 1222–1228. https://doi.org/10.1007/s11664-000-0016-5
Pierce D.G., Brusius P.G. Electromigration: A review // Microelectronics Reliability. 1997. V. 37. N 7. P. 1053–1072. https://doi.org/10.1016/s0026-2714(96)00268-5
Goll D., Loeffler R., Hohs D., Schneider G. Reaction sintering as a high-throughput approach for magnetic materials development // Scripta Materialia. 2018. V. 146. P. 355–361.https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2017.05.004
Buch A. Pure Metals Properties: A Scientific and Technical Handbook. ASM International, 1999. 306 p.
Iwashita N., Imagawa H., Nishiumi W. Variation of temperature dependence of electrical resistivity with crystal structure of artificial graphite products // Carbon. 2013. V. 61. P. 602–608. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2013.05.042
Patel A.B., Bhatt N.K., Thakore B.Y., Vyas P.R., Jani A.R. The temperature-dependent electrical transport properties of liquid Sn using pseudopotential theory // Molecular Physics. 2014. V. 112. N 15. P. 2000–2004. https://doi.org/10.1080/00268976.2013.877169
Klemens P.G., Pedraza D.F. Thermal conductivity of graphite in the basal plane // Carbon. 1994. V. 32. N 4. P. 735–741. https://doi.org/10.1016/0008-6223(94)90096-5
Eiling A., Schilling J.S. Pressure and temperature dependence of electrical resistivity of Pb and Sn from 1-300K and 0-10 GPa-use as continuous resistive pressure monitor accurate over wide temperature range; superconductivity under pressure in Pb, Sn and In // Journal of Physics F: Metal Physics. 1981. V. 11. N 3. P. 623–639. https://doi.org/10.1088/0305-4608/11/3/010
Chapman T.W. The heat capacity of liquid metals // Materials Science and Engineering. 1966. V. 1. N 1. P. 65–69. https://doi.org/10.1016/0025-5416(66)90012-7
Taylor G.R., Isin A., Coleman R.V. Resistivity of iron as a function of temperature and magnetization // Physical Review. 1968. V. 165. N 2. P. 621–631. https://doi.org/10.1103/physrev.165.621
Torres D.N., Perez R.A., Dyment F. Diffusion of tin in α-iron // Acta Materialia. 2000. V. 48. N 11. P. 2925–2931. https://doi.org/10.1016/s1359-6454(00)00074-4
Neumann G., Tuijn C. Self-Diffusion and Impurity Diffusion in Pure Metals: Handbook of Experimental Data. Elsevier, 2011. 360 p.
Ishida T. The reaction of solid iron with molten tin // Transactions of the Japan Institute of Metals. 1973. V. 14. N 1. P. 37–44. https://doi.org/10.2320/matertrans1960.14.37

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License