Введение к работе
Актуальность и степень разработанности темы. В настоящее время совершенствование технологических процессов направлено на получение новых материалов с требуемыми физико-химическими свойствами, представляющие собой как индивидуальные вещества, так и смесевые композиции. Разработка сплавов основана во многих случаях на базе фазовых диаграмм двух -, трех- и более компонентных систем. Первым этапом при планировании исследований систем является моделирование фазовых равновесий в них вначале математическим методом, а затем геометрическим. Расчет фазовых равновесных состояний требует подтверждения экспериментальными методами.
В области техники и технологии широкое распространение получили антикоррозионные и электроизоляционные покрытия, получаемые электрохимическими методами в электролитах, содержащих органические кислоты. Двухосновные органические кислоты нашли свое применение в процессах анодирования, предназначенных для получения диэлектрического слоя в электролитических тонкопленочных конденсаторах, защиты поверхности металлических зеркал от потускнения и придания им большей механической прочности, а также получения диэлектрического слоя при изготовлении радиоэлементов, полупроводниковых переходов и защитных покрытий в микроэлектронике. Другим направлением применения двухосновных органических кислот является получение ингибиторов коррозии для низкозамерзающих жидкостей.
Ранее проводились исследования процессов анодирования с участием индивидуальных дикарбоновых кислот. Обзор имеющейся литературы показывает, что имеются данные только по индивидуальным дикарбоновым кислотам. Однако, отсутствуют данные по анодированию с применением смесей кислот. Исследования фазовых равновесий в системах с участием двух и более дикар-боновых кислот до настоящего времени отсутствуют.
Исходя из вышеизложенного, выбранная тема диссертационной работы является актуальной как в научном, так и в практическом отношении.
Работа выполнена в рамках базовой части государственного задания ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет» (проект № 4.5534.2017/8.9).
Цель работы – изучение фазовых равновесных состояний в двух-, трех- и четырехкомпонентной системах из дикарбоновых кислот и разработка состава электролита, применяемого для получения анодного покрытия на алюминии.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
– провести расчет составов и температур плавления эвтектик в двух-, трех и четырехкомпонентной системах из (CH2)n(COOН)2 (n = 3, 4, 7, 8) с использованием существующих методов;
– разработать метод расчета для определения составов и температур плавления эвтектик трех- и четырехкомпонентной систем по данным температур плавления и составу эвтектик меньшей мерности;
– изучить фазовые равновесия в системах;
– определить энтальпии и рассчитать энтропии плавления сплавов эвтектических составов;
– сравнить результаты расчетов с данными эксперимента;
– систематизировать полученные экспериментальные данные;
– разработать состав электролита для получения анодного покрытия на алюминии.
Научная новизна. Впервые экспериментально исследованы 6 двухкомпо-нентных систем, 4 трехкомпонентные системы и одна четырехкомпонентная система на основе пентандиовой (ПдК), гександиовой (ГдК), нонандиовой (НдК), декандиовой (ДдК) кислот: определены координаты эвтектик, энтальпии и энтропии плавления сплавов эвтектических составов. Предложен вариант метода расчета составов и температур плавления сплавов эвтектических составов трех- и четырехкомпонентных систем с использованием уравнения Шредера – Ле Шателье. Исследовано анодирование алюминия в электролите, содержащем эвтектическую смесь кислот ПдК и ГдК.
Теоретическая и практическая значимость работы. Предложен вариант расчета температур плавления и составов эвтектик трех- и четырехкомпонент-ных систем на основе уравнения Шредера – Ле Шателье с последовательным приближением из эвтектик меньшей мерности (двойных, тройных). Результаты исследования фазовых равновесий, температур сплавления и составов эвтектических сплавов могут быть использованы для пополнения баз данных о фазовых состояниях исследованных систем. Апробирована возможность использования найденного сплава эвтектического состава двухкомпонентной системы из пентандиовой и гександиовой кислот для приготовления электролита в процессе анодирования алюминия.
Методология и методы исследования. Планирование эксперимента проведено проекционно-термографическим методом. В работе использованы стандартные методы дифференциального термического анализа и калориметрии для проведения изучения фазовых равновесных состояний. Диссертационная работы основана на общепринятых способах изучения фазовых равновесий органических веществ. В качестве источников информации использовались периоди-4
ческие издания, научные публикации и монографии. При проведении исследования и изложения материала применялись общенаучные теоретические и эмпирические методы.
На защиту диссертационной работы выносятся:
– результаты расчета фазовых диаграмм двухкомпонентных, трехкомпо-нентных и четырехкомпонентной систем с участием двухосновных карбоновых кислот;
– данные экспериментального исследования 11-ти систем с участием пен-тандиовой, гександиовой, нонандиовой, декандиовой кислот;
– результаты исследования свойств сплавов эвтектических составов;
– результаты практического применения эвтектического сплава двухком-понентной системы из пентандиовой и гександиовой кислот для получения анодного покрытия на алюминии.
Степень достоверности. Для экспериментальных работ было использовано сертифицированное и аттестованное оборудование (микрокалориметр DTAS-1200, весы аналитические CAS специального класса точности по ГОСТ Р 53228-2008 марки CAUW 120D, термостат U 1, термометр ТН-8, толщиномер серии Mega-Check 5FN-S).
Личный вклад автора состоял в постановке цели и задач, анализе литературы, планировании, организации и экспериментальном исследовании на базе Самарского государственного технического университета, обработке и систематизации полученного экспериментального материала. Обобщение, обсуждение результатов и формулировка заключения проведены с участием научного руководителя.
Апробация работы. Материалы работы докладывались на Международном научном форуме «Бутлеровское наследие-2015» (г. Казань, 18-22 мая 2015 г.); Международной конференции по термическому анализу и калориметрии в России (RTAC-2016) (г. Санкт-Петербург, 19-23 сентября 2016 г.); Международной научной конференции «Теоретические и прикладные вопросы образования и науки» (г. Тамбов, 31 марта 2014 г.); Всероссийской юбилейной конференции с международным участием, посвященной 100-летию Пермского университета «Современные достижения химических наук» (г.Пермь, 19-21 октября 2016 г.); XXI International Conference on Chemical Thermodynamics in Russia (RCCT-2017) (Novosibirsk, 26-30 June, 2017).
Публикации. По содержанию диссертационной работы опубликовано 9 работ, включая 5 статей в рецензируемых научных журналах из перечня ВАК, 3 статьи в материалах научных конференций и тезисы 1 доклада.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 128 листах машинописного текста, включает введение, четыре главы (обзор литературы, теоретическую часть, экспериментальную часть и обсуждение результатов), заключение, список литературы из 112 наименований и приложения. Работа содержит 55 таблиц, 72 рисунка.