Résumé : Les courbes de décomposition du TiH2 à différentes températures ont été mesurées, les lois de décomposition du TiH2 ont été étudiées du point de vue thermodynamique et cinétique, et les modes d'application de préparation de mousse d'aluminium avec TiH2 ont été analysés. La décomposition du TiH2 est intense dans les 10 premiers minutes, et le taux de décomposition du TiH2 devient lent en 10 à 20 minutes. Après 20 minutes, la décomposition du TiH2 a tendance à stagner progressivement, entre 700~720 ℃. Le taux de décomposition du TiH2 est très rapide au cours des 6 premières minutes et diminue en 6 à 10 minutes. Après 10 minutes, la décomposition chimique stagne·
Mots clés : Hydrure de titane; Courbe de décomposition ; Faire fondre la mousse ; Mousse d'aluminium; Préparatisur
Numéro de classification de la bibliothèque chinoise : T G 146 2. Code d'identification de la littérature : A Numéro d'article : 1005-3026 (2007) 01-0087-04
Comportement de la composition du Ti H2 et son application à la fabrication de mousse d'aluminium
L U O Hong jie, JI Hai bi n, YA NG Guo j u n, YA O Guang ch u n
(École des matériaux et de la métallurgie, Nort Western University, Shenyang 110004, Chine. Réponse : L UO Hong jie, Email : luohj @ smm. neu. edu. cn)
Abstract: The decomposition curves of Ti H2 were determined at different temperatures, and how to decompose Ti H2 was studied t hermodynamically and kinetically The way to use Ti H2 as focusing agent to prepare aluminum foam was al so discussed The results showed t hat t he decomposition rate of Ti H2 increases wit h increasing temperature ure, and t he decomposition process of Ti H2 can be divided into t hree phases in a cert ain temperature ure range In t he range from 620 ° C to 680 ° C, t he decomposition of Ti H2 i s violet for 10 minutes after starting, t hen t he decomposition speed benefits slow during t he next 10 minutes and t he decomposition tens to st agnate after 20 minutes In t he range from 700 ° C to 720 ° C, t he decomposing speed of Ti H2 benefits very fast for 6 minutes after starting, t he decelerations during t he next 4 minutes and st agnates later
Key words: Ti H2; Decomposition curve; Foaming in melt; Aluminum foam; Preparatisur
Detanium hydride (Ti H2) is a metal hydride, which can be used as a hydrogen storage material. Its brittleness and dehydrogenation behavior at high temperature in vacuum can also be used to prepare high-purity titanium powder and hydrogen. With the rise of foam metal research, Titanium hydride, as an efficient foaming agent, has begun to attract people's attention, especially in the process of preparing foam aluminum, The foaming effect of Titanium hydride can not be replaced by other foaming agents until now·
Le power of foam process of aluminum melt comes from the thermal decomposition of TiH2. The decomposition behavior of TiH2 is directly related to the formation and growth of bubbles in the melt, as well as the process and performance parameters for preparing foam aluminum, such as the diameter and wall thickness of bubbles. Therefore, the first step in the research of foam aluminum is to conduct the thermodynamic and kinetic research on the Chemical decomposition of TiH2, The research on Chemical decomposition of TiH2 can be summarized as follows: First, the weight loss curve [1-2] of TiH2 is measured by thermogravimetry (TG), and then the change trend of the process of Chemical decomposition of TiH2 and the starting and ending temperatures of the reaction are obtained; The second method is to measure the decomposition curve [3-4] of TiH2 by Differential thermal analysis (DTA) or Differential scanning calorimetry (DSC), and quantitatively determine the temperature range and extreme point of the rapid reaction of TiH2 according to the appearance of the peak heat absorption (release) of the curve; The third method is to use the thermal desorption spectroscopy (TDS) to make the decomposition diagram of TiH2 [5-6], from which the decomposition temperature of TiH2 when the decomposition rate reaches the maximum value is obtained. The measurement results obtained by the above method reveal the general rule of TiH2 decomposition, which has important guiding significance in theory for the study of the preparation process of foam aluminum. However, these methods for measuring the thermal Chemical decomposition of TiH2 belong to a dynamic analysis method, That is, the decomposition rate of TiH2 changes with temperature and time. However, the temperature of aluminum melt is basically unchanged during the actual preparation of foam aluminum, so the static analysis method is used to measure the decomposition rate of TiH2 more closely to the actual situation of preparing foam aluminum. This study first measured the relationship curve between the decomposition rate of TiH2 and time at a specific temperature, Then further analyze the decomposition mode and process control link of TiH2, aiming to guide the foam behavior of aluminum melt·
1 Méthode expérimentale
L'expérience a utilisé la méthode de l'apesanteur pour mesurer la courbe de décomposition du Ti H2 et l'a réalisée dans un appareil de chauffage à tube à température contrôlée fabriqué par nos soins. Le processus expérimental était le suivant : tout d'abord, le four tubulaire était chauffé, et lorsque la température de la zone de réaction dans le four atteignait la température de décomposition réglée, de l'argon gazeux de haute pureté (pureté de 99,999 %) était introduit, avec un débit débit de 50 mL/min ; Ajoutez ensuite 2 g de poudre de Ti H2 (61 µm). Placez le bateau brûlant spécialement conçu suspendu sous la balance électronique et préchauffez-le dans la zone de préchauffage du four tubulaire (température < 400 ℃) ; Une fois que la température de la zone de réaction dans le four reste à nouveau constante à la température de décomposition réglée, déplacez rapidement le bateau en feu de la zone de préchauffage à la zone de réaction ; Effacez la balance électronique, puis lisez la masse perdue dans la réaction toutes les 1 min, et la carte d'acquisition de données enverra les données enregistrées à l'ordinateur et tracera la courbe de perte de poids·
In order to reduce the impact caused by errors in the experiment, it is necessary to determine the specific positions of the reaction zone and preheating zone in advance. The position of the reaction zone is the position of the thermocouple temperature measuring point. The position of the preheating zone needs to be measured with thermocouples in the preliminary experiment. In the decomposition experiment, the rise and fall of the tubular furnace are controlled to ensure that the boat burning is in the correct position. The boat burning and hanging wire also need to be pretreated at the Chemical decomposition temperature, In order to ensure that the mass of the burning boat and suspension wire does not change during the decomposition experiment, it can be observed from the experiment that the temperature fluctuation in the reaction zone caused by moving the burning boat from the preheating zone to the reaction zone is ± 1 ℃·
2 Résultats expérimentaux et discussisur
Les courbes de décomposition de TiH2 à 620, 640, 660, 680, 700 et 720 ℃ ont été mesurées respectivement, et la courbe de relation entre le taux de décomposition de TiH2 et le temps de décomposition chimique a été obtenue comme le montre la figure 1·
Comme le montre clairement la figure 1, la vitesse de décomposition du Ti H2 augmente progressivement avec l'augmentation de la température de réaction. Dans la plage de 620 à 680 ℃, l'augmentation du taux de décomposition du Ti H2 est relativement faible, mais il y a un saut significatif dans la plage de 680 à 700 ℃, et l'augmentation du taux de décomposition entre 700 à 720 ℃ diminue. encore·
La figure 1 montre que la décomposition chimique du TiH2 peut être grossièrement divisée en trois étapes. À 620 ~ 680 ℃, TiH2 se décompose violemment au cours des 10 premières minutes et la pente de la courbe est grande ; Le taux de décomposition du Ti H2 devient lent et la pente de la courbe diminue en 10 à 20 minutes ; Au bout de 20 min, la décomposition du TiH2 a tendance à stagner progressivement. À 700 ~ 720 ℃, le taux de décomposition du TiH2 est très rapide au cours des 6 premières minutes, diminue au cours des 6 ~ 10 premières minutes et la décomposition chimique stagne après 10 minutes.
figue. 1 Relationship entre décompo situatisur
rat e de DeH2et temps
2 Analyse thermodynamique de la décomposition chimique de l'hydrure de titane
Les caractéristiques présentées par la décomposition du Ti H2 à différentes températures peuvent être expliquées d'un point de vue thermodynamique. La figure 2 montre la poudre de Ti H2 (61 μm) Diagramme d'analyse thermique différentielle · La figure 2 montre qu'il y a un pic endothermique dans la courbe proche de 600℃, indiquant que Ti H2 se décompose violemment près de cette température · Comme la température sélectionnée dans l'expérience est supérieure à 600 ℃, Ti H2 présente un comportement de décomposition intense au début de l'étape de réaction et la décomposition chimique a progressivement tendance à être stable au milieu et aux étapes ultérieures · 620, 640, 660 sur la figure 1, le comportement de décomposition de TiH2 à quatre des températures de 680 ℃ sont fondamentalement cohérentes avec les résultats obtenus par l'analyse thermique différentielle, mais l'augmentation évidente du taux de décomposition du TiH2 à deux températures de 700 et 720 ℃ est difficile à donner l'explication correspondante à partir de la figure 2. Le diagramme d'analyse thermique différentielle de Li Guangming et d'autres dans l'étude de la préparation et de la décomposition du TiH2 montre que Ti H2 présente un pic endothermique à 680 ℃ [4]. L'existence de ce pic endothermique explique bien la différence significative dans le taux de décomposition du Ti H2 à 680 et 700 ℃, c'est-à-dire que le deuxième pic endothermique du Ti H2 aux environs de 680 ℃ provoque sa décomposition à 700 et 720 ℃.
figue. 2Différentiel thermAl analyse s de DeH2
It can be seen from reaction formula (4) that after Chemical decomposition of TiH2 occurs, a simple substance Ti is formed, and TiH2 particles will be surrounded by the gradually formed Ti layer. The decomposed H2 needs to diffuse outward through the Ti layer, so the decomposition of TiH2 is a multiphase reaction with a phase interface. According to the gas-solid reaction mechanism, the Chemical decomposition of TiH2 includes the following three steps:
(1) La réaction chimique de cristallisation qui se produit à l’interface entre les réactifs et les produits (Ti H2 Ti) ;
(2) La diffusion interne du produit gazeux H2 à travers la couche de Ti du produit ;
(3) Diffusion externe de H2 à travers la couche limite sur la surface de Ti·
figue.3LEQUEL image de DeH2 partieicules
Au fur et à mesure de la décomposition chimique, les particules de TiH2 rétréciront progressivement, l'interface de phase se rétrécira progressivement vers l'intérieur avec le temps et l'épaisseur de la couche de Ti résultante augmentera. Par conséquent, ce mode de décomposition de TiH2 est conforme aux caractéristiques typiques du modèle à noyau rétractable.
Le modèle de noyau rétrécissant de Ti H2 peut être représenté sur la figure 4 (par souci de simplification, les particules de TiH2 sont approchées comme sphériques)
figue. 4Schématique s de nucléaire modèle de DeH2 partieicle
Le petit cercle de la figure 4 représente le noyau Ti H2 ; L'anneau entre les grands et les petits cercles représente la couche de Ti générée ; R0 est le rayon d'origine des particules Ti H2 ; R est le rayon du noyau après contraction ; A est la zone d'interface de réaction (A = 4 π r2) · Au stade initial de la décomposition chimique de TiH2, la couche de produit Ti est très fine · Parce que H2 est précipité à partir de la décomposition chimique, la couche de produit Ti est également relativement lâche , à ce moment, le taux de diffusion interne est rapide et la réaction est dans l'étape de contrôle de la réaction chimique de cristallisation · Au stade avancé de la décomposition chimique du TiH2, à mesure que la couche de Ti du produit s'épaissit et devient dense, la réaction génère une diffusion de H2 le taux devient plus petit et la diffusion interne devient le lien de contrôle ·
Une analyse plus approfondie de la courbe de décomposition du TiH2 sur la figure 1 du point de vue de la cinétique montre que la température joue un rôle décisif dans la durée de la réaction chimique et la vitesse de décomposition. Dans la plage de 620 à 680 ℃, en raison de la température relativement basse, la vitesse de réaction chimique est lente et le temps de contrôle de la réaction chimique de cristallisation et de la diffusion interne est relativement long, la somme du temps des deux premières étapes de la réaction chimique. la décomposition est de 20 minutes, le taux de décomposition du TiH2 est inférieur à 45 %. Lorsque la température de décomposition est comprise entre 700 et 720 ℃, la vitesse de réaction chimique est accélérée et le temps de contrôle de la réaction chimique de cristallisation et de la diffusion interne est raccourci. Il est démontré que la somme des temps des deux premières étapes de la décomposition chimique est de 10 minutes, mais que le taux de décomposition du TiH2 peut atteindre 80 % ·
3 Analyse des applications
Les courbes de décomposition thermique de TiH2 à différentes températures ont une certaine signification directrice pour la préparation de mousse métallique avec TiH2 comme agent moussant, en particulier pour la préparation de mousse d'aluminium par la méthode de moussage en fusion. Lorsque la méthode de moussage à l'état fondu est utilisée pour préparer de la mousse d'aluminium, les températures de mélange et de moussage de la masse fondue sont généralement contrôlées dans la plage de 630 à 720 ℃ [7-10]. Sur cette base, la température de décomposition du TiH2 a été sélectionnée dans le expérience. Selon la courbe de décomposition de TiH2 obtenue dans l'expérience, le taux de décomposition de TiH2 peut être contrôlé en modifiant les conditions de traitement pendant le processus de mousse d'aluminium ou d'alliage d'aluminium fondu, contrôlant ainsi la structure cellulaire de la mousse d'aluminium. Lors de la préparation de matériaux en mousse d'aluminium de faible densité, la température d'agitation de la fonte à base d'aluminium peut être réduite de manière appropriée, car le taux de décomposition du TiH2 est faible à basse température. À ce stade, l'agitation joue principalement le rôle de disperser uniformément l'agent moussant. Une fois l'agitation terminée, le matériau en mousse d'aluminium de faible densité peut être obtenu en augmentant de manière correspondante la température de moussage de la masse fondue ; Au contraire, lors de la préparation de matériaux en mousse d'aluminium haute densité, il est nécessaire d'augmenter la température d'agitation et de moussage de la masse fondue, de contrôler le degré de mousse de la masse fondue et d'obtenir des matériaux en mousse d'aluminium haute densité. Une fois que la température d'agitation et de moussage de la masse fondue a été déterminée, il est également nécessaire de contrôler d'autres facteurs qui affectent le comportement de la mousse de la masse fondue. En prenant l'agitation de la fonte comme exemple, la sélection d'une palette d'agitation avec une forme spécifique peut obtenir un bon effet de turbulence. La taille appropriée de la palette d'agitation peut garantir que la matière fondue a un certain débit volumique, aucun angle mort de mélange et une grande force de cisaillement. , ce qui peut perturber l'agrégation de l'agent moussant et finalement atteindre l'objectif de dispersion et de suspension complètes de l'agent moussant dans la masse fondue. Après avoir sélectionné correctement la forme et la taille de la palette d'agitation, la détermination du temps d'agitation et de la vitesse d'agitation est liée à la réaction chimique de cristallisation pendant le processus de décomposition du Ti H2. Il existe une relation étroite entre la diffusion interne. Le temps d'agitation affecte à la fois la réaction chimique de cristallisation et la diffusion interne, tandis que la vitesse d'agitation affecte directement la vitesse de diffusion interne. En cas d'agitation à grande vitesse, le temps d'agitation peut être raccourci. Bien que de nombreux facteurs doivent être contrôlés, des ajustements et des déterminations correspondants peuvent être effectués autour de la condition clé de la décomposition du Ti H2.
4. Conclusisur
(1) Le taux de décomposition du Ti H2 augmente progressivement avec l'augmentation de la température. Dans la plage de 620 à 680 ℃, l'augmentation du taux de décomposition du Ti H2 est relativement faible, mais il y a un saut significatif dans la plage de 680 à 700 ℃·
(2) La décomposition chimique du TiH2 peut être grossièrement divisée en trois étapes. Dans la plage de 620 à 680 ℃, le TiH2 se décompose violemment au cours des 10 premières minutes et le taux de décomposition du TiH2 devient lent en 10 à 20 minutes. Au bout de 20 minutes, la décomposition du TiH2 a progressivement tendance à stagner. Dans la plage de 700 à 720 ℃, le taux de décomposition du TiH2 au cours des 6 premières minutes est très rapide et le taux de décomposition diminue entre 6 et 10 minutes. Au bout de 10 minutes, la décomposition chimique stagne.
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