
- •Поверхневі фізико-хімічні процеси Методичні вказівки
- •Поверхневі фізико-хімічні процеси
- •03056, Київ-56, вул. Політехнічна, 14, корп. 15
- •Практичне заняття 1 Поверхнева енергія
- •1.1. Теоретичний вступ
- •1.2. Поверхнева енергія на границі зерен металу
- •1.2.1. Границі (двомірні дефекти)
- •1.2.2. Енергія границь зерен
- •Практичне заняття 2 Утворення зародків
- •2.1. Утворення зародків нової фази на поверхні
- •2.2. Зародження нової фази на поверхнях
- •Практичне заняття 3 Розтікання. Крайовий кут змочування
- •3.1. Крайовий кут змочування
- •3.2. Рівняння Юнга
- •3.3. Графічне визначення кута змочування
- •3.3.1. Метод пластинки
- •3.3.2. Метод циліндра та інші методи
- •3.4. Адгезія і змочування
- •Практичне заняття 4 Термодинамічні характеристики хімічних процесів
- •4.1. Основні поняття і співвідношення
- •4.2. Розрахунок теплового ефекту
- •4.3. Розрахунок зміни ентропії реакції
- •Практичне заняття 5 Оцінка можливості і направленості протікання процесів на поверхні твердого тіла
- •5.1. Розрахунок стандартної зміни енергії Гіббса
- •5.2. Ентропійний метод розрахунку стандартної зміни енергії Гіббса
- •Практичне заняття 6 Явище дифузії в твердих тілах
- •6.1. Загальні положення
- •6.2. Закони дифузії Фіка
- •6.3. Коефіцієнт дифузії та енергія активації дифузії
- •6.4. Деякі вирішення законів Фіка
- •Завдання для самостійної роботи
- •Література
- •Додаток 1
Завдання для самостійної роботи
Оцінити зміну загальної енергії при переході тіла відповідального матеріалу одного і того ж об’єму із однієї форми в іншу. Довести, чи енергія поглинається чи виділяється при цьому. (Матеріал і розміри тіл приведені в таблиці 1.1);
Побудувати графік залежності зміни енергії границі між двома зернами від двогранного кута між ними в діапазоні 120 – 160 для різних металів, використовуючи дані щодо поверхневого натягу (таблиця 1.3, додаток 1);
Визначити міжфазну енергію при розтіканні рідкої фази по поверхні твердого тіла, використовуючи табл. 1.4, додатку 1;
Визначити роботу адгезії на межі фаз, використовуючи дані таблиці 1.5, додатку 1;
Визначити ізобарно – ізотермічний потенціал реакції процесу для оцінки імовірності його протікання та реалізації. Розрахунки провести в межах першого, другого та третього наближень;
Визначити коефіцієнт дифузії матеріалу при даній температурі. Використовувати дані таблиці 2.1, додатку 2.
Література
1. Кунин Л.Л. Повеpхностные явления в металлах.- М.: Металлуpгиздат, 1955.- 304 с.
2. Зимон А.Д. Адгезия пленок и покpытий.- М.: Химия, 1977. – 352 с.
3. Пацкевич И.Р., Деев Г.Ф. Поверхностные явления в сварочных процессах.-М.: Металлургия, 1974.- 120 с.
4. Семенченко В.К. Повеpхностные явления в металлах и сплавах.М.: Госиздат техн. лит-pы, 1957.- 491 с.
5. Хауффе К. Реакции в твеpдых телах и на их повеpхности.- М.: Изд-во иностp. лит., 1963.- 250 с.
6. Найдич Ю. В. Контактные явления в металлических расплавах.- Киев: Наук. думка, 1972.
7. Крестовников А. Н., Владимиров Л. П., Гуляницкий Б. С., Фишер А. Я. Справочник по расчетам равновесий металлургических реакций.-М.: Металлургиздат, 1963.- 416 с.
Додаток 1
Таблиця 1.1. Вихідні дані до розрахунку енергії сфероідизації
№ п/п |
Речовина |
Газове середовище |
Т, С |
, ерг/см2 |
1 |
Fe |
- |
tПЛ |
1840 |
2 |
|
- |
1550 |
1788 |
3 |
|
Повітря |
tПЛ |
949,7 |
4 |
|
Н2 |
1267 |
936 |
5 |
Со |
- |
tПЛ |
1870 |
6 |
|
- |
550 |
1886 |
7 |
Mn |
- |
tПЛ |
1750 |
8 |
Cu |
- |
tПЛ |
1351 |
9 |
|
повітря |
tПЛ |
581 |
10 |
|
Н2 |
1140 |
1120 |
11 |
|
Н2 |
1335 |
1251 |
12 |
Мо |
- |
tПЛ |
2050 |
13 |
Ni |
- |
tПЛ |
1810 |
14 |
|
- |
1550 |
1934 |
15 |
Sn |
- |
tПЛ |
554 |
16 |
|
СО2 |
226 |
612,4 |
17 |
|
вакуум |
247 |
539,8 |
18 |
|
вакуум |
250 |
575,1 |
19 |
|
вакуум |
600 |
505,6 |
20 |
|
Н2 |
253 |
526 |
21 |
|
Н2 |
964 |
514 |
22 |
|
повітря |
259 |
652,7 |
23 |
Sn |
повітря |
408 |
616,4 |
24 |
Hg |
- |
tПЛ |
487 |
25 |
|
повітря |
17,5 |
547,2 |
26 |
|
повітря |
17 |
505 |
27 |
|
О2 |
18 |
504 |
28 |
|
N2 |
18 |
495 |
29 |
|
CO2 |
18 |
487 |
30 |
|
H2 |
18 |
554 |
31 |
|
CO2 |
19 |
473,2 |
32 |
|
CO2 |
201 |
429,1 |
33 |
|
вакуум |
15 |
436,3 |
34 |
|
пара |
12,5 |
438,4 |
35 |
|
пара |
20 |
471,6 |
36 |
Cr |
- |
tПЛ |
1590 |
37 |
Zn |
- |
tПЛ |
810 |
38 |
|
повітря |
360 |
967,4 |
39 |
|
вакуум |
470 |
772,2 |
40 |
|
вакуум |
635 |
728,1 |
41 |
|
H2 |
510 |
785 |
42 |
|
H2 |
600 |
787 |
Таблиця 1.2. Варіанти завдань для оцінки енергії на границі зерен
Варіант |
Довжина відрізку |
Кількість границь на відрізку |
Масштаб зображення |
1 |
6,7 |
14 |
х250 |
2 |
7,2 |
25 |
х400 |
3 |
6,1 |
14 |
х370 |
4 |
10,2 |
17 |
х250 |
5 |
9,7 |
23 |
х350 |
6 |
14,2 |
21 |
х250 |
7 |
7,4 |
19 |
х150 |
8 |
5,1 |
32 |
х400 |
9 |
4,26 |
15 |
х250 |
10 |
13,2 |
17 |
х250 |
11 |
19,7 |
23 |
х350 |
12 |
11,3 |
17 |
х250 |
13 |
8,6 |
23 |
х350 |
14 |
12,1 |
21 |
х250 |
15 |
8,4 |
19 |
х150 |
16 |
6,1 |
32 |
х400 |
17 |
3,7 |
17 |
х350 |
Таблиця 1.3. Варіанти завдань для розрахунку поверхневої енергії
Варіант |
Двогранний кут |
Енергія
границі,
|
1 |
120 |
770 |
2 |
127 |
810 |
3 |
132 |
913 |
4 |
144 |
850 |
5 |
156 |
770 |
6 |
125 |
815 |
7 |
155 |
913 |
8 |
144 |
550 |
9 |
123 |
670 |
10 |
142 |
910 |
11 |
120 |
775 |
12 |
128 |
816 |
13 |
159 |
973 |
14 |
146 |
810 |
15 |
150 |
840 |
16 |
141 |
870 |
Таблиця 1.4. Вихідні дані (крайовий кут змочування) для розрахунку роботи адгезії рідкої фази з поверхнею твердого тіла
№ п/п |
Окисел |
(повітря) |
(водень) |
(гелій) |
Окисел + розплавлений нікель |
||||
1 |
|
118,1 |
130,7 |
120,3 |
2 |
|
104,7 |
143,1 |
120,6 |
3 |
|
128,2 |
133,4 |
140,7 |
4 |
|
128,3 |
152,0 |
146,0 |
5 |
|
131,1 |
152,3 |
132,1 |
6 |
|
– |
131,5 |
134,3 |
Окисел + розплавлене залізо |
||||
7 |
|
92 |
111,0 |
102,0 |
8 |
|
72 |
84 |
– |
9 |
|
141 |
121,4 |
128,7 |
10 |
|
– |
147,4 |
127,2 |
11 |
|
123 |
– |
130 |
12 |
|
– |
111,9 |
100,4 |
13 |
|
– |
90 |
96 |
14 |
|
– |
– |
107 |
15 |
|
– |
95 |
100 |
16 |
|
– |
88 |
76 |
17 |
|
– |
101 |
95 |
18 |
|
– |
– |
– |
Окисел + розплавлена мідь |
||||
19 |
|
154...158 |
– |
– |
20 |
|
36...123 |
– |
– |
21 |
|
114...150 |
– |
– |
22 |
|
47...77 |
– |
– |
23 |
|
50 |
– |
– |
24 |
|
8 |
– |
– |
25 |
|
70...108 |
– |
– |
26 |
|
118...140 |
– |
– |
27 |
|
54...59 |
– |
– |
28 |
|
36...75 |
– |
– |
29 |
|
20...30 |
– |
– |
Таблиця 1.5. Вихідні дані для визначення роботи адгезії і змочуваності в металевій фазі
-
№ п/п
Система
Т, К
1
1370
2
1270
3
1820
4
1450
5
1650
6
1275
7
2000
8
2100
9
1320
Таблиця 1.6. Варіанти завдань для визначення теплового ефекту реакцій
-
№ п/п
Реакція
Температура у контакті,
, С
1
1569
2
1653
3
1575
4
1790
5
1750
6
938
7
875
8
1735
9
1125
10
1635
11
1600
Таблиця
1.7.
Вихідні дані для визначення термодинамічної
оцінки
процесів спікання
-
№
п/п
Хімічна сполука
Температура реакції, Т ,С
1
700
1200
1400
2
600
950
1300
3
550
810
1050
4
540
760
1300
5
530
900
1270
6
850
1500
1495
7
900
1050
1600
8
700
1300
1635
9
900
1050
1600
10
700
1300
1735
11
670
1270
1650
12
900
1050
1600
13
700
1300
1735
14
670
1270
1650
15
830
1070
1695
16
850
1500
1495
17
900
1050
1600
18
700
1300
1635
19
900
1050
1600
20
700
1300
1735
21
670
1270
1650
22
900
1050
1600
23
700
1300
1735
24
670
1270
1650
25
830
1070
1695
26
850
1500
1495
27
900
1050
1600
28
700
1300
1635
29
900
1050
1600
30
700
1300
1735
31
670
1270
1650
32
900
1050
1600
Таблиця 1.8. Вихідні дані для визначення оцінки ступеню адсорбції (протікання реакції) газів на поверхні твердих тіл
Варіанти розрахувати в межах першого, другого або третього наближень
№ |
Хімічна сполука |
Температура реакції, Т ,С |
||
|
|
|
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
1 |
|
400 |
900 |
1450 |
2 |
|
500 |
700 |
1500 |
3 |
|
510 |
670 |
1050 |
4 |
|
500 |
830 |
1300 |
5 |
|
520 |
715 |
1050 |
6 |
|
540 |
950 |
1300 |
7 |
|
600 |
810 |
1270 |
8 |
|
550 |
760 |
1050 |
9 |
|
540 |
900 |
1300 |
10 |
|
530 |
950 |
1270 |
11 |
|
550 |
970 |
1070 |
12 |
|
490 |
850 |
1200 |
13 |
|
570 |
900 |
1250 |
14 |
|
540 |
700 |
1210 |
15 |
|
600 |
900 |
1100 |
16 |
|
550 |
700 |
1400 |
17 |
|
540 |
670 |
1310 |
18 |
|
530 |
900 |
1450 |
19 |
|
550 |
700 |
1500 |
20 |
|
490 |
670 |
1450 |
21 |
|
570 |
830 |
1500 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
22 |
|
540 |
715 |
1050 |
23 |
|
600 |
950 |
1300 |
24 |
|
550 |
810 |
1050 |
25 |
|
540 |
760 |
1300 |
26 |
|
530 |
900 |
1270 |
27 |
|
540 |
950 |
1050 |
28 |
|
600 |
970 |
1300 |
29 |
|
540 |
850 |
1270 |
30 |
|
600 |
810 |
1070 |
31 |
|
550 |
760 |
1200 |
32 |
|
540 |
900 |
1250 |
33 |
|
530 |
950 |
1210 |
34 |
|
550 |
970 |
1100 |
35 |
|
490 |
850 |
1400 |
36 |
|
570 |
900 |
1310 |
Таблиця 1.9. Вихідні дані для визначення термодинамічної оцінки адгезійної взаємодії (змочування) рідких металів з поверхнею твердого тіла
Варіанти розрахувати в межах першого, другого або третього наближень
№ п/п |
Хімічна сполука |
Температура реакції, Т ,С |
||
|
|
|
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
1 |
|
900 |
1050 |
1600 |
2 |
|
700 |
1300 |
1735 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
3 |
|
830 |
1070 |
1695 |
4 |
|
715 |
1200 |
1590 |
5 |
|
950 |
1250 |
1750 |
6 |
|
810 |
1210 |
1400 |
7 |
|
760 |
1100 |
1500 |
8 |
|
900 |
1400 |
1560 |
9 |
|
950 |
1310 |
1600 |
10 |
|
970 |
1450 |
1850 |
11 |
|
850 |
1500 |
1495 |
12 |
|
900 |
1050 |
1600 |
13 |
|
700 |
1300 |
1635 |
14 |
|
900 |
1050 |
1600 |
15 |
|
700 |
1300 |
1735 |
16 |
|
670 |
1270 |
1650 |
17 |
|
900 |
1050 |
1600 |
18 |
|
700 |
1300 |
1735 |
19 |
|
670 |
1270 |
1650 |
20 |
|
830 |
1070 |
1695 |
21 |
|
715 |
1200 |
1590 |
22 |
|
950 |
1250 |
1750 |
23 |
|
810 |
1210 |
1400 |
24 |
|
760 |
1100 |
1500 |
25 |
|
900 |
1400 |
1560 |
26 |
|
950 |
1310 |
1600 |
27 |
|
970 |
1450 |
1850 |
28 |
|
850 |
1500 |
1495 |
29 |
|
900 |
1050 |
1600 |
30 |
|
700 |
1300 |
1635 |
31 |
|
1000 |
1400 |
2000 |
Таблиця 1.10. Вихідні дані для розрахунку термодинамічної характеристики насичення поверхневих шарів твердого тіла вуглецем
№ |
Хімічна сполука |
Температура реакції, Т ,С |
||
|
|
|
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
1 |
|
900 |
1050 |
1600 |
2 |
|
700 |
1300 |
1635 |
3 |
|
670 |
1270 |
1650 |
4 |
|
830 |
1070 |
1595 |
5 |
|
715 |
1200 |
1590 |
6 |
|
950 |
1250 |
1450 |
7 |
|
810 |
1210 |
1600 |
9 |
|
760 |
1100 |
1500 |
10 |
|
900 |
1400 |
1560 |
11 |
|
950 |
1310 |
1600 |
12 |
|
970 |
1450 |
1455 |
13 |
|
850 |
1500 |
1495 |
14 |
|
900 |
1050 |
1600 |
15 |
|
700 |
1300 |
1735 |
16 |
|
670 |
1270 |
1650 |
17 |
|
830 |
1070 |
1695 |
18 |
|
715 |
1200 |
1590 |
19 |
|
950 |
1250 |
1750 |
20 |
|
810 |
1210 |
1400 |
21 |
|
760 |
1100 |
1500 |
22 |
|
900 |
1400 |
1560 |
23 |
|
950 |
1310 |
1600 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
24 |
|
970 |
1450 |
1850 |
25 |
|
850 |
1500 |
1495 |
26 |
|
900 |
1050 |
1600 |
27 |
|
700 |
1300 |
1635 |
28 |
|
670 |
1270 |
1650 |
29 |
|
830 |
1070 |
1595 |
30 |
|
715 |
1200 |
1590 |
31 |
|
950 |
1250 |
1850 |
32 |
|
810 |
1210 |
1400 |
33 |
|
760 |
1100 |
1500 |
34 |
|
900 |
1400 |
1960 |
35 |
|
950 |
1310 |
1600 |
36 |
|
970 |
1450 |
1755 |
37 |
|
850 |
1500 |
1495 |
38 |
|
900 |
1050 |
1600 |
39 |
|
700 |
1300 |
1935 |
40 |
|
670 |
1270 |
1650 |
41 |
|
830 |
1070 |
1595 |
42 |
|
715 |
1200 |
1990 |
43 |
|
950 |
1250 |
1450 |
44 |
|
810 |
1210 |
1700 |
45 |
|
760 |
1100 |
1800 |
46 |
|
900 |
1400 |
1560 |
47 |
|
950 |
1310 |
1700 |
48 |
|
970 |
1450 |
1455 |
49 |
|
850 |
1500 |
1795 |
50 |
|
900 |
1230 |
2000 |
51 |
|
800 |
1300 |
1900 |
Таблиця 1.11. Вихідні дані для розрахунку термодинамічної характеристики реакції при утворенні плівок осадженням із газової фази
№ |
Хімічна сполука |
Температура реакції, Т ,С |
||
|
|
|
||
1 |
|
900 |
1050 |
1600 |
2 |
|
700 |
1300 |
1635 |
3 |
|
670 |
1270 |
1650 |
4 |
|
830 |
1070 |
1595 |
5 |
|
715 |
1200 |
1590 |
6 |
|
950 |
1250 |
1450 |
7 |
|
810 |
1210 |
1400 |
8 |
|
760 |
1100 |
1500 |
9 |
|
900 |
1400 |
1560 |
10 |
|
950 |
1310 |
1600 |
11 |
|
970 |
1450 |
1455 |
12 |
|
850 |
1500 |
1495 |
Додаток 2
Таблиця 2.1. Варіанти завдань для самостійної роботи
Варіант |
Завдання |
||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
||
1 |
Дріт діаметром 0,03 мм і довжиною 20 см перетворюється в кулю, Матеріал: скло |
|
|
|
Табл. 1.6. П.1 |
Табл. 6.1.П.1 Температура: 500 оС |
|
2 |
Матеріал: олово |
|
|
|
Табл. 1.6. П.2 |
Табл. 6.1.П.2 Температура: 600 оС |
|
3 |
Матеріал: свинець |
|
|
|
Табл. 1.6. П.3 |
Табл. 6.1.П.3 Температура: 700 оС |
|
4 |
Матеріал: мідь |
|
|
|
Табл. 1.6. П.4 |
Табл. 6.1.П.4 Температура: 800 оС |
|
5 |
Матеріал: цинк |
|
|
|
Табл. 1.6. П.5 |
Табл. 6.1.П.4 Температура: 900 оС |
|
6 |
Куб з довжиною ребра 5 мм перетворюється у циліндр з радіусом основи 3 мм Матеріал: олово |
|
|
|
Табл. 1.6. П.6 |
Табл. 6.1.П.5 Температура: 1000 оС |
|
7 |
Матеріал: скло |
|
|
|
Табл. 1.6. П.7 |
Табл. 6.1.;П.6 Температура: 500 оС |
|
8 |
Матеріал: свинець |
|
|
|
Табл. 1.6. П.8 |
Табл. 6.1.П.7 Температура: 600 оС |
|
9 |
Матеріал: мідь |
|
|
|
Табл. 1.6. П.9 |
Табл. 6.1.П.8 Температура: 700 оС |
|
10 |
Матеріал: цинк |
|
|
|
Табл. 1.6. П.10 |
Табл. 6.1.П.9 Температура: 800 оС |
|
11 |
|
Матеріал:залізо |
|
|
Табл. 1.9. П.1 |
Табл. 6.1.П.10 Температура: 900 оС |
|
12 |
|
Матеріал: свинець |
|
|
Табл. 1.9. П.2 |
Табл. 6.1.П.11 Температура: 1000 оС |
|
13 |
|
Матеріал: цинк |
|
|
Табл. 1.9. П.3 |
Табл. 6.1.П.12 Температура: 500 оС |
|
14 |
|
Матеріал: нікель |
|
|
Табл. 1.9. П.4 |
Табл. 6.1.П.13 Температура: 600 оС |
|
15 |
|
Матеріал: мідь |
|
|
Табл. 1.9. П.5 |
Табл. 6.1.П.14 Температура: 700 оС |
|
16 |
|
|
Табл. 1.4. П.1 |
|
Табл. 1.9. П.6 |
Табл. 6.1.П.15 Температура: 800 оС |
|
17 |
|
|
Табл. 1.4. П.2 |
|
Табл. 1.9. П.7 |
Табл. 6.1.П.16 Температура: 900 оС |
|
18 |
|
|
Табл. 1.4. П.3 |
|
Табл. 1.9.П.8 |
Табл. 6.1.П.17 Температура: 1000 оС |
|
19 |
|
|
Табл. 1.4. П.4 |
|
Табл. 1.9. П.9 |
Табл. 6.1.П.18 Температура: 1000 оС |
|
20 |
|
|
Табл. 1.4. П.5 |
|
Табл. 1.9. П.10 |
Табл. 6.1.П.19 Температура: 500 оС |
|
21 |
|
|
|
Табл. 1.5. П.7 |
Табл. 1.9. П.11 |
Табл. 6.1.П.20 Температура: 600 оС |
|
22 |
|
|
|
Табл. 1.5. П9 |
Табл. 1.9. П.12 |
Табл. 6.1.П.1 Температура: 600 оС |
|
23 |
|
|
|
Табл. 1.5. П.11 |
Табл. 1.9. П.13 |
Табл. 6.1.П. Температура: 750 оС |
|
24 |
|
|
|
Табл. 1.5. П.13 |
Табл. 1.9. П.14 |
Табл. 6.1.П.3 Температура: 550 оС |
|
25 |
|
|
|
Табл. 1.5. П.15 |
Табл. 1.9. П15 |
Табл. 6.1.П.4 Температура: 650 оС |
|
26 |
|
|
Табл. 1.4. П.3 |
|
Табл. 1.9. П.16 |
Табл. 6.1.П.5 Температура: 950 оС |
|
27 |
|
|
Табл. 1.4. П.5 |
|
Табл. 1.9. П.17 |
Табл. 6.1.П.6 Температура: 700 оС |
|
28 |
|
|
Табл. 1.4. П.17 |
|
Табл. 1.9. П.18 |
Табл. 6.1.П.7 Температура: 900 оС |
|
29 |
|
|
Табл. 1.4. П.15 |
|
Табл. 1.9. П.19 |
Табл. 6.1.П.8 Температура: 1000 оС |
|
30 |
|
|
Табл. 1.4. П.11 |
|
Табл. 1.9. П.20 |
Табл. 6.1.;П.9 Температура: 850 оС |
|
31 |
|
|
|
Табл. 1.5. П.5 |
Табл. 1.9. П.21 |
Табл. 6.1.П.10 Температура: 600 оС |
|
32 |
|
|
|
Табл. 1.5. П.17 |
Табл. 1.9. П.22 |
Табл. 6.1.П.11 Температура: 750 оС |