Термодинамический анализ систем «металл – кислород»

Abstract

На примере ряда систем «металл – кислород» (Cr–O, Mn–O, Fe–O и Ni–O) подробно описана методика термодинамического моделирования систем, включающих различные фазы переменного состава (металлический твёрдый и жидкий раствор, соединения с отклонениями от стехиометрии). Методика опирается на использование подрешёточной модели и полиномиальной модели Редлиха – Кистера. Продемонстрированы подходы к термодинамическому описанию жидких и твердых растворов кислорода в металле, а также оксидов различного состава и структурного типа (MeO, Me3O4 и Me2O3). Представлены выражения для энергий Гиббса рассмотренных фаз. Опираясь на описанные методики, построены фазовые диаграммы четырёх систем, а также температурные зависимости кислородного потенциала для изученных систем. Результаты расчёта сопоставлены с экспериментальными данными. Представленная информация может быть использована для анализа более сложных систем, включая системы, имеющие значение для металлургии. The method of thermodynamic modeling of systems involving phases of variable composition (solid metal and liquid solution, compounds with deviations from stoichiometry) is described. This method is demonstrated on the example of the metal - oxygen systems (Cr–O, Mn–O, Fe–O and Ni–O). The technique relies on the use of the sublattice model and the polynomial Redlich-Kister model. The approaches for thermodynamic description of liquid and solid oxygen solutions in a metal, as well as oxides of different composition and structural type (MeO, Me3O4 and Me2O3) are demonstrated. Expressions for the Gibbs energies of phases are presented. The phase diagrams of four systems, based on the described techniques, have been created, as well as the temperature dependences of the oxygen potential for the studied systems. The results of calculations are compared to experimental data. The provided information can be used in order to analyze the more complex systems, including those important in industry.