Закономерности электрохимической интеркаляции лития в железоуглеродные сплавы и аналитические приложения

• Автор: Кучеренко, Светлана Викторовна
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 158 с. : ил.

Введение

Глава 1. Литерату рный обзор

1.1. Структурное и кристаллохимическое состояние углерода в сталях и чугунах

1.2. Распределение углерода в сталях и чугунах

1.3. Существующие методы определения углерода в железоуглеродных сплавах

1.4. Закономерности электрохимической интеркаляции лития в углерод

1.4.1. Структурные особенности процесса интеркаляции

1.4.2. Гермодинамика электрохимической интеркаляции

1.4.3. Кинетика и механизм электрохимической интеркаляции

1.4.4. Электрохимическая интеркаляция лития в различные углеродные материалы

1.5. Эффект соиптеркаляции

1.6. Сольватация лития в неводных электролитах
1.7. Цели и задачи исследования
Глава 2. Методика экспериментальных исследований
2.1. Характеристика используемых образцов железоуглеродных сплавов
2.2. Приготовление электролитов и контроль их чистоты
2.3. Конструкция электрохимической ячейки
2.4. Методика электрохимических исследований и обработки данных
2.4.1. Анализ состава интеркалята
2.4.2. Метод ступенчатой потенциостатической хронокулонои хроноамперомегрии
2.4.3. Метод импульсной хронопотенциометрии
Глава 3. Вольтамперомстричсские и потснцностатические исследования интеркалицни лития в металлуглеродные образцы
3.1. Вольтамперомегрические исследования процесса электрохимической интеркаляции лития
3.2. Стехиометрические соотношения интеркаляции лития Глава 4. Исследования термодинамических и кинетических закономерностей электрохимической интеркаляции лития в металлуглеродныс фазы
4.1. Получение и анализ дифференциальных зависимостей потенциалсостав ингеркалата
4.2. Хроиоамперометрическое исследование кинетики интеркаляции
4.3. Математическая модель хронопотенциометрии катодного внедрения
4.4. Влияние природы электролитной системы на процесс электрохимической интеркаляции лития
Глава 5. Применение электрохимической интеркаляции лития в определении углерода в конструкционных сталях и чугунах
5.1. Прогнозирование оптимальных условий интеркаляции для задач определения массовой доли углерода и его структурных составляющих
5.2. Вольтамперомстрические методы определения углерода
5.3. Выбор режима экспрессизмерений
5.4. Импульсные гальваностатические методы
5.5. Возможности идентификации фазовых составляющих углерода методами электрохимического экспрессанализа
Список использованной литературы
Приложение 1. Расчет стехиометрии общей и обратимой
интеркаляционной емкости для образца Ча в электролите ЫВР4 в АН, полученной при потенциале 3 В
Приложение 2. Расчет кусочного интегрирования первой ступени включения, полученной для образца У в 1ЛВР4 в АН Приложение 3. Расчет коэффициента диффузии для образца У в 1ЛВР4 в АН Приложение 4. Расчет модельных хронопотенциограмм
ВВЕДЕНИЕ


Межатомные расстояния в решетке составляют 1,4 А, расстояние между плоскостями 3, А. Графит образуется в условиях равновесия в сплавах с высоким содержанием углерода. Эвтектическая смесь аустенита и цементита называется ледебуритом. Эта эвтектическая реакция происходит у всех сплавов системы, содержащих углерода более 2, , при С и образует эвтектическую смесь. При 7 С протекает эвтектоидная реакция, продуктом превращения которой является эвтектоидная смесь феррита и цементита, называемая перлитом. У всех сплавов, содержащих свыше 0, углерода, происходит перлитное превращение. На рисунке 2 представлена диаграмма состояния железоуглерод в интервале концентраций от железа до цементита. Рисунок 2. Сталь, содержащая 0,8 С, состоит из одного перлита в стали, содержащей больше 0,8 С, кроме перлита, имеется вторичный цементит если содержание углерода меньше 0,8 , то структура стали состоит из феррита и перлита. По данным ЯГРспектроскопии в железоуглеродном аустениге перенос заряда от атома углерода к атому железа составляет 0, электрона. Это происходит за счет переноса части 2рэлектронов углерода в Збполосу железа, что приводит к притяжению атомов углерода и корреляции их расположения в кристаллической решетке. Термодинамическая активность углерода в железоуглеродных сплавах рисунок 3 на порядок превышает его концентрацию. Для объяснения причин этого были предложены две группы теоретических моделей жесткого отталкивания, приводящего к полному блокированию соседних с углеродом междоузлий и мягкого отталкивания, для которого наиболее существенным представлялось увеличение теплоты растворения углерода с ростом его концентрации 3. Рисунок 3. Из данных о термодинамической активности углерода при температурах выше С следует, что легирующие элементы, находящиеся слева от железа в периодической системе, понижают активность углерода, то есть приводят к уменьшению его взаимодействия с другими атомами. Легирование аустенита, например, алюминием приводит к изменению распределения углерода в кристаллической решетке сплава образованию свсрхструктур. Сплавы, содержащие более 2, углерода, называются чугунами. В обычном сером чугуне графит образуется в виде лепестков. Чугун с хлопьевидным графитом называют ковким чугуном. В нем графит приобретает компактную, почти равноосную, но не округлую форму, другое название которого углерод отжига. Так как перлит содержит 0,8 С, следовательно, это количество углерода в сером перлитном чугуне находится в связанном состоянии Ре3С, остальное количество находится в свободном состоянии, т. Необходимо отметить, общепризнано, что углерод в структуре сталей и чугунов присутствует в составе химических соединений карбидов, твердого раствора, а также в виде основной аллотропной модификации графита 1. Наряду с этим, в чугуне получены таюке кристаллы другой модификации углерода алмаза, отличающегося своими свойствами от известных видов синтетических алмазов и аналогичного природному 4. Однако, в работе 5 сообщается о таких углеродных образованиях в сталях и чугунах, как взорванные глобулы, кольца углеродных атомов или цепочки, в которых атомы связаны ковалентно. Отмечается также, что углерод может образовывать структуры, напоминающие замкнутые многоугольники, в том числе шестигранник, и коралловидный графит. Наряду с аРе в чугунах обнаружена РеСфаза и другие виды соединений железа с углеродом, которые получили общее название екарбиды. По данным были теоретически обоснованы и экспериментально идентифицированы образование молекулярной формы углерода фуллеренов в углеродистых сплавах на основе железа. Распределение углерода в сплавах железа необходимо рассматривать на макро и м и кроу ровнях. Макроструктура характеризуется формой и расположением крупных кристаллитов зерен, наличием и расположением различных дефектов металлов, распределением примесей и неметаллических включений. Микроструктура определяется формой, размерами, относительным количеством и взаимным расположением кристаллов отдельных фаз или их совокупностей, имеющих однообразный вид.