Inledning
Granulat av aluminiummanganmalm används huvudsakligen inom metallindustrin. Det fungerar som råmaterial för produktion av aluminium-manganlegeringar. Dessa legeringar används för olika tillämpningar inom fordons-, flyg-, bygg- och elektronikindustrin. I vissa fall används granulat av aluminiummanganmalm också inom stålindustrin som legeringstillsats för vissa typer av stål för att förbättra egenskaper som hållfasthet och korrosionsbeständighet.
Mätförhållanden
De energetiska effekterna mättes med en dynamisk högtemperaturdifferentialkalorimeter, NETZSCH modell DSC 404 F1 Pegasus® . Det toppmatade systemet möjliggör mätningar från rumstemperatur till 1650°C. Beroende på applikation kan olika DSC- eller DTA-sensorer användas; dessa kan enkelt bytas ut av operatören. För motsvarande givare finns olika termoelementtyper (E, K, S och B) tillgängliga, vars val är beroende av temperaturområdet och den känslighet som krävs. Instrumentet är vakuumtätt och möjliggör därmed mätningar under ren inert gas eller i oxiderande atmosfär. Uppvärmningshastigheter på upp till 50 K/min är möjliga. Programvaran möjliggör beräkningar av start- och topptemperatur, inflexionspunkter, integrering av topparea med mera. Mätparametrarna listas i tabell 1.
Tabell 1: Mätningsparameter
| Instrument | DSC 404 F1 Pegasus® |
| Sensor/sensortyp | DSC Specifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.cp, typ S |
| Ugn | Rhodium |
| Degel | Bornitirde (BN) med genomborrat lock och Al2O3-skivor mellan yttre degelbotten och sensorn |
| Temperaturprogram | RT till 1650°C |
| Uppvärmningshastighet | 20 K/min |
| Provets vikt | 30,748 mg |
| Kalibreringsstandard | Safir |
Mätresultat och diskussion
För mätningen blandades aluminium och manganmalm (mald) i förhållandet 1:1 och upphettades till 1650°C med en uppvärmningshastighet på 20 K/min under argonatmosfär och i en BN-degel med genomborrat lock. Figur 1 visar DSC-signalen som uppvisar tydligt synliga energetiska effekter med ökande temperatur.
Två något överlappande endotermiska effekter observeras vid topptemperaturerna 612°C och 674°C (se förstorad bild i figur 2). Den totala entalpin för dessa endotermiska effekter uppgår till 216 J/g. Denna totala effekt beror förmodligen på Smälttemperaturer och entalpierEtt ämnes smältningsenthalpi, även kallad latent värme, är ett mått på den energitillförsel, vanligtvis värme, som krävs för att omvandla ett ämne från fast till flytande tillstånd. Ett ämnes smältpunkt är den temperatur vid vilken det ändrar tillstånd från fast (kristallin) till flytande (isotropisk smälta).smältning av aluminiumgranulatet eller portionen. En annan endotermisk effekt detekteras vid en topptemperatur på 912°C.
Över 1000°C kan en large överlappande ExotermEn provövergång eller en reaktion är exoterm om värme genereras.exotermisk effekt med en total entalpi på -1554 J/g ses vid topptemperaturerna 1217°C och 1362°C. Överlappningen, som känns igen som axlar, beror troligen på en reaktion i provblandningen. En termitliknande reaktion inträffar [1]. Manganmalm reagerar med smält aluminium vid högre temperaturer genom att reduceras. Detta innebär att mangan reagerar med aluminium och tar bort syre för att bilda metallisk mangan. Reaktionen sker i enlighet med den termodynamiska reaktiviteten mellan elementen.
MnO2 + Al → Mn + Al2O3
De specifika reaktionsförhållandena beror på den exakta sammansättningen av manganmalmen och temperaturen. Denna exotermiska effekt med en entalpi på -1554 J/g expanderar över ett brett temperaturintervall på över 500°C. I slutet av mätningen vägs provet på nytt. En massförlust på ~ 5% bestäms.
Sammanfattning
DSC 404 F1 Pegasus® kan utföra termoanalytiska undersökningar vid höga temperaturer och möjliggör därmed analyser av material under extrema termiska förhållanden. Dessutom är det möjligt att avbilda och karakterisera large reaktionsenthalpier, som i exemplet ovan, med detta robusta men också mycket känsliga instrument.
Energetiska effekter och tillståndsförändringar kan mätas och analyseras exakt, vilket ger forskarna värdefulla insikter i det termiska beteendet och stabiliteten hos en mängd olika material över ett brett temperaturfält.
Detta instrument används ofta inom områden som material- och geovetenskap eller metall-, stål- och keramikindustrin, dvs. inom områden där förståelse för och kunskap om både materialens termiska och termofysiska egenskaper är avgörande för produktutveckling, processoptimering och kvalitetskontroll.