Introduktion
Granulatet af aluminiummanganmalm anvendes hovedsageligt i den metallurgiske industri. Det fungerer som et råmateriale til produktion af aluminium-mangan-legeringer. Disse legeringer bruges til forskellige formål i bil-, rumfarts-, bygge- og elektronikindustrien. I nogle tilfælde anvendes aluminiummanganmalmgranulat også i stålindustrien som legeringsadditiv til visse typer stål for at forbedre egenskaber som styrke og korrosionsbestandighed.
Målebetingelser
De energetiske effekter blev målt med et dynamisk højtemperatur-differentialkalorimeter, NETZSCH model DSC 404 F1 Pegasus® . Det topstyrede system giver mulighed for målinger fra stuetemperatur til 1650 °C. Afhængigt af anvendelsen kan der anvendes forskellige DSC- eller DTA-sensorer, som nemt kan udskiftes af brugeren. Til de tilsvarende sensorer fås forskellige termoelementtyper (E, K, S og B), hvis valg afhænger af temperaturområdet og den krævede følsomhed. Instrumentet er vakuumtæt og giver dermed mulighed for målinger under ren inert gas eller i en oxiderende atmosfære. Opvarmningshastigheder på op til 50 K/min er mulige. Softwaren muliggør beregninger af begyndelses- og spidstemperatur, bøjningspunkter, integration af spidsareal og meget mere. Måleparametrene er angivet i tabel 1.
Tabel 1: Måleparameter
| Instrument | DSC 404 F1 Pegasus® |
| Sensor/sensortype | DSC Specifik varmekapacitet (cp)Varmekapacitet er en materialespecifik fysisk størrelse, der bestemmes af den mængde varme, der tilføres prøven, divideret med den resulterende temperaturstigning. Den specifikke varmekapacitet er relateret til en masseenhed af prøven.cp, type S |
| Ovn | Rhodium |
| Digler | Bor-nitirde (BN) med gennembrudt låg og Al2O3-skiver mellem den ydre digelbund og sensoren |
| Temperaturprogram | RT til 1650 °C |
| Opvarmningshastighed | 20 K/min |
| Vægt af prøve | 30,748 mg |
| Kalibreringsstandard | Safir |
Måleresultater og diskussion
Til målingen blev aluminium og manganmalm (malet) blandet i forholdet 1:1 og opvarmet til 1650 °C med en opvarmningshastighed på 20 K/min ved hjælp af en argonatmosfære og en BN-digel med gennembrudt låg. Figur 1 viser DSC-signalet, der udviser tydeligt synlige energetiske effekter med stigende temperatur.
To let overlappende endotermiske effekter observeres ved spidstemperaturerne på 612 °C og 674 °C (se forstørret billede i figur 2). Den samlede entalpi for disse endoterme effekter udgør 216 J/g. Denne samlede effekt skyldes sandsynligvis Smeltetemperaturer og entalpierEt stofs fusionsenthalpi, også kendt som latent varme, er et mål for den energitilførsel, typisk varme, der er nødvendig for at omdanne et stof fra fast til flydende tilstand. Et stofs smeltepunkt er den temperatur, hvor det skifter tilstand fra fast (krystallinsk) til flydende (isotropisk smelte).smeltning af aluminiumgranulatet eller -delen. En anden EndotermEn prøveovergang eller en reaktion er endoterm, hvis der er brug for varme til omdannelsen.endoterm effekt opdages ved en spidstemperatur på 912 °C.
Over 1000 °C kan man se en large overlappende EksotermEn prøveovergang eller en reaktion er eksoterm, hvis der udvikles varme.eksoterm effekt med en samlet entalpi på -1554 J/g ved spidstemperaturerne på 1217 °C og 1362 °C. Overlapningen, der kan genkendes som skuldre, skyldes sandsynligvis en reaktion i prøveblandingen. Der sker en termitlignende reaktion [1]. Manganmalm reagerer med smeltet aluminium ved højere temperaturer ved at blive reduceret. Det betyder, at mangan reagerer med aluminium og fjerner ilt for at danne metallisk mangan. Reaktionen finder sted i overensstemmelse med den termodynamiske reaktivitet mellem grundstofferne.
MnO2 + Al → Mn + Al2O3
De specifikke reaktionsbetingelser afhænger af den nøjagtige sammensætning af manganmalmen og temperaturen. Denne eksotermiske effekt med en entalpi på -1554 J/g udvider sig over et bredt temperaturområde på over 500 °C. Efter endt måling vejes prøven igen. Et massetab på ca. 5 % bestemmes.
Sammenfatning
Med evnen til at udføre termoanalytiske undersøgelser ved høje temperaturer giver DSC 404 F1 Pegasus® mulighed for analyser af materialer under ekstreme termiske forhold. Desuden er det muligt at afbilde og karakterisere large reaktionsenthalpier, som vist i eksemplet ovenfor, med dette robuste, men også meget følsomme instrument.
Energiske effekter og tilstandsændringer kan måles og analyseres præcist, hvilket giver forskere værdifuld indsigt i den termiske opførsel og stabilitet af en lang række materialer over et bredt temperaturfelt.
Dette instrument anvendes i vid udstrækning inden for områder som materiale- og geovidenskab eller metal/stål- og keramikindustrien; dvs. inden for områder, hvor forståelse af og viden om både materialers termiske og termofysiske egenskaber er afgørende for produktudvikling, procesoptimering og kvalitetskontrol.