Температурная зависимость теплоемкости и изменение термодинамических функций свинцового сплава ССуЗ с кальцием

Abstract

Рассматриваются сплавы системы «свинец - сурьма», которые характеризуются простой эвтектикой и небольшой взаимной растворимостью компонентов (максимальная 3,5 мас. % Sb) и отличаются высокой механической прочностью, литейными свойствами. Эти сплавы широко применяются в аккумуляторной промышленности для изготовления решеток и в отдельных случаях для отливки анодов для электролиза сернокислых растворов цинка, кадмия и марганца. Сплав ССу3 отличается высокой механической прочностью, литейными свойствами и используется в типографии, для производства подшипников, а также для пайки различных металлов. Сплавы свинца типа Ссу3 используются в кабельной промышленности, где им предохраняют от коррозии телеграфные и электрические провода при подземной или подводной прокладке. Теплоёмкость является важнейшей характеристикой веществ, и по её изменению от температуры можно определить тип фазового превращения, температуру Дебая, энергию образования вакансий, коэффициент электронной теплоёмкости и др. свойства. В работе представлены результаты экспериментального определения теплоемкости сплава ССу3 с кальцием и расчет температурной зависимости изменений термодинамических функций сплавов. Исследования температурной зависимости теплоемкости сплава ССу3 с кальцием проводились в режиме «охлаждения» с применением компьютерной техники и программы Sigma Plot. Установлены полиномы температурной зависимости теплоемкости и изменение термодинамических функций (энтальпия, энтропия и энергии Гиббса) сплава ССу3 с кальцием и эталона (Cu), которые с коэффициентом корреляции Rкорр = 0,999 описывают эти изменения. Показано, что с ростом содержания кальция теплоёмкость исходного сплава уменьшается, а с ростом температуры - увеличивается. Энтальпия и энтропия сплава ССу3 и сплавов с кальцием с ростом температуры увеличиваются, а значения энергии Гиббса уменьшаются. This article deals with lead-antimony alloys that are characterized by simple eutectic and low mutual solubility of their components (up to 3.5% of the Sb mass) and have high mechanical integrity and casting properties. These alloys are widely used in the battery production industry for accumulator grids manufacturing and, in some cases, for the molding of anodes for the electrolysis of sulfuric acid solutions of zinc, cadmium, and manganese. The lead-antimony-3 alloy has high mechanic integrity, good casting properties and it is used in printing, bearing production, and for different metal brazing. Alloys like lead-antimony-3 are used in the cable industry as means of rust-protection for underground and underwater data and power cables. Calorific capacity is a key property of substances, and its temperature-based changes can be used to determine the phase change type, Debye temperature, vacancy formation energy, electronic heat capacity factor, and other properties. This work presents the results of the experimental calorific capacity determination for the composition of lead-antimony alloys and calcium, and the calculation of temperature dependency of the changes of thermodynamic functions of alloys. The study of temperature dependency of lead-antimony and calcium composition calorific capacity was carried out in the “cooling” mode using computer hardware and Sigma Plot software. The polynomes were identified for the temperature dependency of calorific capacity and the changes of thermodynamic functions (enthalpy, entropy, and Gibbs energy) for the composition of lead-antimony alloy and calcium against the reference (Cu) that describe the changes using the correlation rate of Rcorr = 0.999. It was established that as the content of calcium in the composition increases, the calorific capacity decreases as compared to the initial alloy, yet it grows along with the temperature. The enthalpy and entropy of the lead-antimony-3 alloys and calcium compositions grow along with the temperature, while the Gibbs energy value decreases.