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알루미늄과 망간 광석의 과립 혼합물의 에너지 효과

소개

알루미늄 망간 광석으로 만든 과립은 주로 야금 산업에서 사용됩니다. 알루미늄-망간 합금 생산의 원료로 사용됩니다. 이러한 합금은 자동차, 항공우주, 건설 및 전자 산업에서 다양한 용도로 사용됩니다. 경우에 따라 알루미늄 망간 광석 과립은 철강 산업에서 강도 및 내식성과 같은 특성을 개선하기 위해 특정 유형의 강철에 대한 합금 첨가제로도 사용됩니다.

측정 조건

에너지 효과는 동적 고온 차동 열량계( NETZSCH 모델 DSC 404 F1 Pegasus® )로 측정했습니다. 상부 로딩 시스템으로 실온에서 1650°C까지 측정할 수 있습니다. 어플리케이션에 따라 다른 DSC 또는 DTA 센서를 사용할 수 있으며, 작업자가 쉽게 교체할 수 있습니다. 해당 센서의 경우 다양한 열전대 유형(E, K, S, B)을 사용할 수 있으며, 온도 범위와 필요한 감도에 따라 선택할 수 있습니다. 이 기기는 진공 상태이므로 순수한 불활성 가스 또는 산화 분위기에서 측정할 수 있습니다. 최대 50 K/min의 가열 속도가 가능합니다. 소프트웨어를 통해 시작 및 피크 온도, 변곡점, 피크 면적 통합 등을 계산할 수 있습니다. 측정 파라미터는 표 1에 나열되어 있습니다.

표 1: 측정 매개변수

기기DSC 404 F1 Pegasus®
센서/센서 유형DSC비열 용량(cp)열용량은 시료에 공급된 열량을 결과 온도 상승으로 나눈 물질별 물리량으로, 시료에 공급된 열량에 의해 결정됩니다. 비열 용량은 시료의 단위 질량과 관련이 있습니다.cp, 유형 S
용광로로듐
도가니외부 도가니 바닥과 센서 사이에 구멍이 뚫린 뚜껑과 Al2O3 디스크가 있는 질화 붕소(BN)
온도 프로그램RT ~ 1650°C
가열 속도20 K/min
시료 무게30,748 mg
교정 표준사파이어

측정 결과 및 토론

측정을 위해 알루미늄과 망간 광석(분쇄)을 1:1의 비율로 혼합하고 아르곤 분위기와 뚜껑이 뚫린 BN 도가니를 사용하여 20K/min의 가열 속도로 1650°C까지 가열했습니다. 그림 1은 온도가 상승함에 따라 에너지 효과가 뚜렷하게 나타나는 DSC 신호를 보여줍니다.

612°C와 674°C의 최고 온도에서 두 개의 약간 겹치는 흡열 효과가 관찰됩니다(그림 2의 확대 보기 참조). 이러한 흡열 효과의 총 엔탈피는 216J/g에 달합니다. 이 총 효과는 아마도 알루미늄 과립 또는 일부가 녹아내리기 때문일 것입니다. 또 다른 흡열 효과는 912°C의 최고 온도에서 감지됩니다.

1) 20K/min의 가열 속도에서 망간 광석과 알루미늄 과립의 샘플 혼합물(1:1 비율)의 DSC 곡선.
2) 500°C~800°C 온도 범위의 DSC 곡선 단면도.

1000°C 이상에서는 1217°C와 1362°C의 최고 온도에서 총 엔탈피가 -1554J/g인 large 중첩된 발열 효과를 볼 수 있습니다. 숄더로 인식할 수 있는 겹침은 시료 혼합물 내의 반응으로 인한 것일 가능성이 높습니다. 테르밋과 유사한 반응이 일어납니다[1]. 망간 광석은 더 높은 온도에서 용융 알루미늄과 반응하여 환원됩니다. 즉, 망간이 알루미늄과 반응하여 산소를 제거하여 금속 망간을 형성합니다. 이 반응은 원소 간의 열역학적 반응성에 따라 일어납니다.

MnO2 + Al → Mn + Al2O3

구체적인 반응 조건은 망간 광석의 정확한 성분과 온도에 따라 달라집니다. 엔탈피가 -1554 J/g인 이 발열 효과는 500°C 이상의 넓은 온도 범위에서 확장됩니다. 측정이 끝나면 시료의 무게를 재측정합니다. 최대 5%의 질량 손실이 결정됩니다.

요약

고온에서 열 분석 조사를 수행할 수 있는 DSC 404 F1 Pegasus® 는 극한의 열 조건에서 물질을 분석할 수 있습니다. 또한 위의 예와 같이 large 반응 엔탈피의 이미징 및 특성 분석도 이 견고하면서도 매우 민감한 장비로 가능합니다.

에너지 효과와 상태 변화를 정밀하게 측정하고 분석할 수 있어 연구자들은 광범위한 온도 영역에서 다양한 물질의 열 거동과 안정성에 대한 귀중한 통찰력을 얻을 수 있습니다.

이 기기는 재료 및 지구과학, 금속/철강 및 세라믹 산업과 같이 재료의 열적 및 열물리학적 특성에 대한 이해와 지식이 제품 개발, 공정 최적화 및 품질 관리에 결정적인 영향을 미치는 분야에서 널리 사용됩니다.

Literature

  1. [1]
    아르투르 쿠디바, 샤히드 아크타르, 잉게 요한센, 자파르 사파리안: 선택된 MnO 함유 슬래그에서 망간 산화물의 알루미늄 열 환원(Materials 2021, 14, 356. https://doi.org/ 10.3390/ma14020356)