Меню
Публикации
2024
2023
2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
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
Читать статью полностью
Язык статьи - русский
Ссылка для цитирования:
Аннотация
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
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