Introduzione
Il granulato di alluminio e manganese viene impiegato principalmente nell'industria metallurgica. Serve come materia prima per la produzione di leghe di alluminio-manganese. Queste leghe sono utilizzate per varie applicazioni nei settori automobilistico, aerospaziale, edile ed elettronico. In alcuni casi, i granuli di minerale di alluminio e manganese sono utilizzati anche nell'industria siderurgica come additivo di lega per alcuni tipi di acciaio, per migliorare proprietà come la forza e la resistenza alla corrosione.
Condizioni di misura
Gli effetti energetici sono stati misurati con un calorimetro differenziale dinamico ad alta temperatura, NETZSCH modello DSC 404 F1 Pegasus® . Il sistema a caricamento dall'alto consente di effettuare misure da temperatura ambiente a 1650°C. A seconda dell'applicazione, è possibile utilizzare diversi sensori DSC o DTA, che possono essere facilmente sostituiti dall'operatore. Per i sensori corrispondenti, sono disponibili diversi tipi di termocoppie (E, K, S e B), il cui selectione dipende dall'intervallo di temperatura e dalla sensibilità richiesta. Lo strumento è a tenuta di vuoto e consente quindi di effettuare misure in atmosfera di gas inerte puro o ossidante. Sono possibili velocità di riscaldamento fino a 50 K/min. Il software consente di calcolare la temperatura di inizio e di picco, i punti di inflessione, l'integrazione dell'area di picco e altro ancora. I parametri di misura sono elencati nella tabella 1.
Tabella 1: Parametri di misura
| Strumento | DSC 404 F1 Pegasus® |
| Sensore/tipo di sensore | DSC Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione.cp, tipo S |
| Forno | Rodio |
| Crogioli | Nitirde di boro (BN) con coperchio forato e dischi di Al2O3 tra il fondo del crogiolo esterno e il sensore |
| Programma di temperatura | Da RT a 1650°C |
| Velocità di riscaldamento | 20 K/min |
| Peso del campione | 30.748 mg |
| Calibrastandard | Zaffiro |
Risultati delle misure e discussione
Per la misurazione, alluminio e manganese (macinati) sono stati miscelati in rapporto 1:1 e riscaldati a 1650°C a una velocità di riscaldamento di 20 K/min, utilizzando un'atmosfera di argon e un crogiolo in BN con coperchio forato. La Figura 1 mostra il segnale DSC con effetti energetici chiaramente visibili all'aumentare della temperatura.
Due effetti endotermici leggermente sovrapposti sono osservati alle temperature di picco di 612°C e 674°C (si veda la vista enlarged in figura 2). L'entalpia totale di questi effetti endotermici ammonta a 216 J/g. Questo effetto totale è probabilmente dovuto allaTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione del granulato o della porzione di alluminio. Un altro effetto EndotermicoUna transizione campionaria o una reazione è endotermica se per la conversione è necessario il calore.endotermico viene rilevato a una temperatura di picco di 912°C.
Al di sopra dei 1000°C, alle temperature di picco di 1217°C e 1362°C si osserva una sovrapposizione di large effetti esotermici con un'entalpia totale di -1554 J/g. La sovrapposizione, riconoscibile come spalle, è molto probabilmente dovuta a una reazione all'interno della miscela del campione. Si verifica una reazione simile alla termite [1]. Il manganese reagisce con l'alluminio fuso a temperature più elevate, riducendosi. Ciò significa che il manganese reagisce con l'alluminio, rimuovendo l'ossigeno per formare manganese metallico. La reazione avviene secondo la reattività termodinamica tra gli elementi.
MnO2 + Al → Mn + Al2O3
Le condizioni specifiche di reazione dipendono dall'esatta composizione del minerale di manganese e dalla temperatura. Questo effetto EsotermicoUna transizione campionaria o una reazione è esotermica se viene generato calore.esotermico, con un'entalpia di -1554 J/g, si espande in un ampio intervallo di temperature, oltre i 500°C. Al termine della misurazione, il campione viene ripesato. Si determina una perdita di massa di circa il 5%.
Sintesi
Grazie alla capacità di eseguire indagini termoanalitiche ad alte temperature, il DSC 404 F1 Pegasus® consente di effettuare analisi su materiali in condizioni termiche estreme. Inoltre, l'immagine e la caratterizzazione delle entalpie di reazione large, come mostrato nell'esempio precedente, sono possibili con questo strumento robusto ma anche molto sensibile.
Gli effetti energetici e i cambiamenti di stato possono essere misurati e analizzati con precisione, fornendo alla ricercaarcpreziose informazioni sul comportamento termico e sulla stabilità di un'ampia varietà di materiali in un vasto campo di temperature.
Questo strumento è ampiamente utilizzato in settori come le scienze dei materiali e della geologia o l'industria dei metalli/acciaio e della ceramica, ovvero in aree in cui la comprensione e la conoscenza delle proprietà termiche e termofisiche dei materiali è decisiva per lo sviluppo dei prodotti, l'ottimizzazione dei processi e il controllo della qualità.