Расчет условий существования нитридов, гидридов и оксидов в многокомпонентных расплавах

Пример 10.1. Определить минимальную концентрацию тита­на, при которой образуются нитриды титана (TiN) в рас­плаве Fe—Ti—N при 1873 К и р_N2 =1 атм. Коэффициент активности титана в разбавленном растворе железа при 1600 °С равен g = 0,037 (стандартное состояние—чистый жидкий титан).

 

Решение

 

Запишем уравнение реакции образования нитрида титана:

Ti_ж + 1/2N_2(г) = TiN; DG = - 135140 Дж;

lg K = = = = 3,76;

lg x_Ti = - lgK - lgg - lg = - 3,76 - lg 0,037; x_Ti = 3×10^-3; [Ti] = 0,29%.

Пример 10.2. Определить концентрацию циркония, при кото­рой образуются нитриды циркония при 1873 К и р_N2 =1 атм.

 

Решение

 

Zr(т) + 1/2N_2(г) = ZrN(т); DG⁰ = - 351800 + 91,29T;

Zr(ж) = Zr(т); DG⁰ = -16736 + 7,883Т;

[Zr]_(1%) = Zr(ж); DG = 80330 + 34,9T. ______

[Zr]_(1%) + 1/2N_2(г) = ZrN(т); DG⁰ = - 288206 + 134,073T

lgK = = 15057/ T – 7,004.

При 1873К lgK = 15057/ 1873 – 7,004 = 1.03, f_Zr =1, =1, тогда

lg[%Zr]= –lgK = -1,03; [Zr] =0,093%.

Пример 10.3. Определим, возможно ли образование гидри­дов церия в стали до ее затвердевания (при концентрации церия 0,1%, или x_се = 4×10^-4):[Се] + Н_2(г) = СеН_2(конд);

DG° = – 206500 + 148,7×T Дж.

 

Решение

 

Вычислим равновесное дав­ление водорода, необходимое для выпадения гидридов, и сравним его с фактическим р_H2:

LgK = l/ (x_ce× р_H2) = - (DG⁰/2,3×RT) = – [72570/(19,14×1873)] = –2,0; К= 10^-2;

р_H2 = 1/ (K×x_ce) = l/ (10^-2 × 4×10^-4) = 2,5×10⁵ атм.

Поскольку равновесное давление существенно превы­шает реальные значения р_H2, наблюдаемые на практике, то гидрид церия образовываться не будет.