Inleiding
Het granulaat van aluminiummangaanerts wordt voornamelijk gebruikt in de metallurgische industrie. Het dient als grondstof voor de productie van aluminium-mangaanlegeringen. Deze legeringen worden gebruikt voor verschillende toepassingen in de auto-, luchtvaart-, bouw- en elektronica-industrie. In sommige gevallen worden aluminium mangaanerts korrels ook gebruikt in de staalindustrie als legeringsadditief voor bepaalde soorten staal, om eigenschappen als sterkte en corrosiebestendigheid te verbeteren.
Meetomstandigheden
De energetische effecten werden gemeten met een dynamische hoge-temperatuur differentiaalcalorimeter, NETZSCH model DSC 404 F1 Pegasus® . Het toplaadsysteem maakt metingen mogelijk van kamertemperatuur tot 1650 °C. Afhankelijk van de toepassing kunnen verschillende DSC- of DTA-sensoren worden gebruikt; deze kunnen eenvoudig worden uitgewisseld door de gebruiker. Voor de overeenkomstige sensoren zijn verschillende thermokoppeltypes (E, K, S en B) beschikbaar, waarvan de keuze afhangt van het temperatuurbereik en de vereiste gevoeligheid. Het instrument is vacuümdicht en maakt dus metingen onder een zuivere inerte of oxiderende atmosfeer mogelijk. Verwarmingssnelheden tot 50 K/min zijn mogelijk. De software maakt berekeningen van begin- en piektemperatuur, buigpunten, piekgebiedintegratie en meer mogelijk. De meetparameters staan in tabel 1.
Tabel 1: Meetparameter
| Instrument | DSC 404 F1 Pegasus® |
| Sensor/sensortype | DSC Specifieke warmtecapaciteit (cp)Warmtecapaciteit is een materiaalspecifieke fysische grootheid, bepaald door de hoeveelheid warmte die aan een proefstuk wordt toegevoerd, gedeeld door de resulterende temperatuurstijging. De specifieke warmtecapaciteit is gerelateerd aan een massa-eenheid van het proefstuk.cp, type S |
| Oven | Rhodium |
| Kroezen | Boornitirde (BN) met doorboord deksel en Al2O3 schijven tussen de bodem van de buitenkroes en de sensor |
| Temperatuurprogramma | RT tot 1650 °C |
| Verwarmingssnelheid | 20 K/min |
| Gewicht monster | 30.748 mg |
| Kalibratiestandaard | Saffier |
Meetresultaten en discussie
Voor de meting werden aluminium en mangaanerts (gemalen) gemengd in een verhouding van 1:1 en verhit tot 1650 °C met een verhittingssnelheid van 20 K/min onder argonatmosfeer en een BN kroes met doorboord deksel. Figuur 1 toont het DSC-signaal met duidelijk zichtbare energetische effecten bij stijgende temperatuur.
Twee licht overlappende endotherme effecten worden waargenomen bij de piektemperaturen van 612 °C en 674 °C (zie vergrote weergave in figuur 2). De totale enthalpie van deze endotherme effecten bedraagt 216 J/g. Dit totale effect is waarschijnlijk te wijten aan het Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelten van het aluminiumgranulaat of een deel daarvan. Een ander EndothermEen monsterovergang of reactie is endotherm als er warmte nodig is voor de omzetting.endotherm effect wordt waargenomen bij een piektemperatuur van 912°C.
Boven 1000°C is een large overlappend ExothermEen monsterovergang of een reactie is exotherm als er warmte wordt opgewekt.exotherm effect met een totale enthalpie van -1554 J/g te zien bij de piektemperaturen van 1217°C en 1362°C. De overlapping, herkenbaar als schouders, is waarschijnlijk het gevolg van een reactie binnen het monstermengsel. Er treedt een thermietachtige reactie op [1]. Mangaanerts reageert met gesmolten aluminium bij hogere temperaturen door te reduceren. Dit betekent dat mangaan reageert met aluminium, waarbij zuurstof wordt verwijderd om metallisch mangaan te vormen. De reactie vindt plaats in overeenstemming met de thermodynamische reactiviteit tussen de elementen.
MnO2 + Al → Mn + Al2O3
De specifieke reactieomstandigheden hangen af van de exacte samenstelling van het mangaanerts en de temperatuur. Dit exotherme effect met een enthalpie van -1554 J/g breidt zich uit over een breed temperatuurbereik van meer dan 500°C. Aan het einde van de meting wordt het monster opnieuw gewogen. Er wordt een massaverlies van ~ 5% vastgesteld.
Samenvatting
Met de mogelijkheid om thermoanalytisch onderzoek uit te voeren bij hoge temperaturen, maakt de DSC 404 F1 Pegasus® analyses mogelijk op materialen onder extreme thermische omstandigheden. Bovendien is het in beeld brengen en karakteriseren van large reactieenthalpie, zoals in het voorbeeld hierboven, mogelijk met dit robuuste, maar ook zeer gevoelige instrument.
Energetische effecten en toestandsveranderingen kunnen nauwkeurig gemeten en geanalyseerd worden, waardoor onderzoekers waardevolle inzichten krijgen in het thermische gedrag en de stabiliteit van een grote verscheidenheid aan materialen over een breed temperatuurgebied.
Dit instrument wordt veel gebruikt in gebieden zoals de materiaal- en geowetenschappen of de metaal-/staal- en keramiekindustrie; d.w.z. in gebieden waar inzicht in en kennis van zowel de thermische als de thermofysische eigenschappen van materialen doorslaggevend is voor productontwikkeling, procesoptimalisatie en kwaliteitscontrole.