mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2023-1-76-84GADSQMmateltech-480Research ArticleФизические свойства и методы исследованияPHYSICAL CHARACTERISTICS AND THEIR STUDYВлияние кальция на удельную теплоемкость и изменение термодинамических функций алюминиевого проводникового сплава AlTi0.1Influence of calcium on specific heat capacity and changes in thermodynamic functions of aluminum conductor alloy AlTi0.1https://orcid.org/0000-0002-2791-6508ГаниевИ. Н.GanievI. N.

просп. Акад. Раджабовых, д. 10, Душанбе, 734042

Ганиев Изатулло Наврузович — доктор хим. наук, академик НАНТ, профессор кафедры технологии химических производств

10 Academicians Radjabov’s Ave., Dushanbe 734042

Izatullo N. Ganiev — Dr. Sci. (Chem.), Academician of the National Academy of Sciences of Tajikistan, Professor of the Department of Technology of Chemical Production

ganievizatullo48@gmail.comФайзуллоевР. Дж.FaizulloevR. J.

ул. Н. Хусрава, д. 73, поселок Бохтариен, район Кушониен, Хатлонская обл., 733036

Файзуллоев Рустам Джалилович — преподаватель кафедры энергетические системы и сети

73 N. Khusrava Str., Bokhtariyon, Kushanyan District, Khatlon Region 733036

Rustam Dz. Fayzulloev — Lecturer at the Department of Energy Systems and Networks

faizulloev_r@mail.ruЗокировФ. Ш.ZokirovF. Sh.

просп. Акад. Раджабовых, д. 10, Душанбе, 734042

Зокиров Фуркатшох Шахриерович — канд. техн. наук, старший преподаватель кафедры физики

10 Academicians Radjabov’s Ave., Dushanbe 734042

Furkatshokh Sh. Zokirov — Ph.D. (Eng.), Lecturer of the Department of Physics

Zokirov090514@mail.ruСафаровА. Г.SafarovA. G.

просп. Садриддина Айни, д. 299/1, Душанбе, 734063

Сафаров Амиршо Гоибович — доктор техн. наук, доцент, ведущий научный сотрудник

299/1 Sadriddin Ayni Ave., Dushanbe 734063

Amirsho G. Safarov — Dr. Sci. (Eng.), Associate Professor, Leading Researcher

amirsho71@mail.ruТаджикский технический университет имени академика М.С. ОсимиТаджикистанTajik Technical University named after academician M.S. OsimiTajikistanИнститут энергетики ТаджикистанаТаджикистанInstitute of Energy of TajikistanTajikistanФизико–технический институт им. С.У. Умарова национальной академии наук ТаджикистанаТаджикистанS.U. Umarov Physical-Technical Institute, Academy of Sciences of the Republic of TajikistanTajikistan2023140420232617684Copyright © Ганиев И.Н., Файзуллоев Р.Д., Зокиров Ф.Ш., Сафаров А.Г., 20232023Ганиев И.Н., Файзуллоев Р.Д., Зокиров Ф.Ш., Сафаров А.Г.Ganiev I.N., Faizulloev R.J., Zokirov F.S., Safarov A.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/480

Среди всех известных металлов, таких как серебро, золото, медь, алюминий по электропроводности занимает четвертое место. Электропроводность меди при 20 °C принимается за 100 % IACS, алюминия в отожженном состоянии она составляет 62 % IACS. Однако, если учесть удельный вес алюминия, то на единицу массы его проводимость в 2 раза больше, чем у меди. Из этого следует, на сколько выгодно применение алюминия в качестве материала для проводников. При одинаковой проводимости (одна и та же длина) проводник из алюминия имеет площадь поперечного сечения на 60 % больше, чем медь. При этом его масса составляет всего 48 % массы меди. Из-за низкой механической прочности в ряде случаев в электротехнике использование в качестве проводника алюминия затруднено или просто невозможно. Легированием другими металлами алюминия можно повысить его механическую прочностью, несмотря на заметное снижение электропроводности. В статье представлены результаты исследования теплоемкости алюминиевого проводникового сплава AlTi0.1 (Al + 0,1 % (мас.) Ti) с кальцием. Исследование проведены в режиме «охлаждения» с использованием в качестве эталона алюминия марки А5N (99,999 % Al). Получены полиномы, описывающие скорости охлаждения образцов из сплавов и эталона. По рассчитанным значениям скоростей охлаждения образцов из исследуемых сплавов сформированы уравнения, описывающие температурную зависимость термодинамических функций (энтальпия, энтропия, энергия Гиббса) сплавов путем интегрирования зависимостей их теплоемкостей. Установлено, что термодинамические функции и теплоемкость сплавов с ростом температуры увеличиваются, а от концентрации кальция уменьшаются. 

Aluminum in terms of electrical conductivity among all known metals ranks fourth after silver, copper and gold. The electrical conductivity of annealed aluminum is approximately 62% IACS of the electrical conductivity of annealed standard copper, which at 20 °C. is taken as 100% IACS. However, due to its low specific gravity, aluminum has a conductivity per unit mass 2 times greater than copper. This property of aluminum gives us an idea of the economic viability of using it as a material for conductors. With equal conductivity (the same length), the aluminum conductor has a cross-sectional area 60% larger than copper, and its mass is only 48% of the mass of copper. In most cases, in electrical engineering, the use of aluminum as a conductor is difficult, and often simply impossible due to its low mechanical strength. An increase in the mechanical strength of aluminum is possible due to the introduction of alloying additives, i.e. creating alloys. In such a case, the mechanical strength increases, causing a noticeable decrease in electrical conductivity. The heat capacity of the aluminum conductor alloy AlTi0.1 (Al + 0.1 wt.% Ti) with calcium in the “cooling” mode was determined from the known heat capacity of the standard aluminum sample. Equations are obtained that describe the cooling rates of specimens made from an aluminum conductor alloy AlTi0.1 with calcium and a reference. Based on the calculated values of the cooling rates of the samples, the equations for the temperature dependence of the heat capacities of the alloys and the standard were formed. The temperature dependences of changes in enthalpy, entropy, and Gibbs energy for the aluminum alloy AlTi0.1 with calcium are calculated by integrating the specific heat capacity. The heat capacity, enthalpy, and entropy of the AlTi0.1 alloy decrease with increasing calcium concentration, and increase with increasing temperature, while the value of the Gibbs energy has an inverse relationship.

алюминиевый проводниковый сплав AlTi0.1кальцийрежим «охлаждения»теплоемкостьэнтальпияэнтропияэнергия Гиббсаaluminum conductor alloy AlTi0.1calciumheat capacityenthalpyentropyGibbs energyReferencesЗахаров М.В., Лисовская Т.Д. Влияние различных элементов на электропроводность, твердость и температуру рекристаллизации алюминия марки AB000. Известия вузов. Цветная металлургия. 1965; (3): 51—55.Zakharov M.V., Lisovskaya T.D. Influence of various elements on the electrical conductivity, hardness and recrystallization temperature of AB000 aluminum. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 1965; (3): 51—55. (In Russ.)Мальцев М.В. Модифицирование структуры металлов и сплавов. М.: Металлургия; 1984. 282 с.Maltsev M.V. Modification of the structure of metals and alloys. Moscow: Metallurgiya; 1984. 282 p. (In Russ.)Zhang L., Palm M., Stein F., Sauthoff G. Formation of lamellar microstructures Al-rich TiAl alloys between 900 to 1100 °C. Intermetallics. 2001; 9(3): 229—238. https://doi.org/10.1016/S0966-9795(00)00125-4Zhang L., Palm M., Stein F., Sauthoff G. Formation of lamellar microstructures Al-rich TiAl alloys between 900 to 1100 °C. Intermetallics. 2001; 9(3): 229—238. https://doi.org/10.1016/S0966-9795(00)00125-4Palm M., Zhang L.S., Stein F., Sauthoff G. Phases and phase equilibria in the Al-rich part of the Al–Ti system above 900 °C. Intermetallics. 2002; 10(6): 523—540. https://doi.org/10.1016/S0966-9795(02)00022-5Palm M., Zhang L.S., Stein F., Sauthoff G. Phases and phase equilibria in the Al-rich part of the Al–Ti system above 900 °C. Intermetallics. 2002; 10(6): 523—540. https://doi.org/10.1016/S0966-9795(02)00022-5Nakano T., Negishi A., Hayashi K., Umakoshi Y. Ordering process of Al5Ti3, h-Al2Ti and r-Al2Ti with FCC-based long-period superstructures in rapidly solidified Al-rich TiAl alloys. Acta Materialia. 1999; 47(4): 1091—1104. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(99)00009-9Nakano T., Negishi A., Hayashi K., Umakoshi Y. Ordering process of Al5Ti3, h-Al2Ti and r-Al2Ti with FCC-based long-period superstructures in rapidly solidified Al-rich TiAl alloys. Acta Materialia. 1999; 47(4): 1091—1104. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(99)00009-9Witusiewicz V.T., Bondar A.A., Hecht U., Rex S., Velikanova T.Ya. The Al–B–Nb–Ti system: III. Thermodynamic re-evaluation of the constituent binary system Al–Ti. Journal of Alloys and Compounds. 2008; 465(1–2): 64—77. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2007.10.061Witusiewicz V.T., Bondar A.A., Hecht U., Rex S., Velikanova T.Ya. The Al–B–Nb–Ti system: III. Thermodynamic re-evaluation of the constituent binary system Al–Ti. Journal of Alloys and Compounds. 2008; 465(1–2): 64—77. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2007.10.061Куцова В.З., Погребна Н.Є. Хохлова Т.С. Алюміній та сплави на його основі. Дніпропетровськ: Пороги; 2004. 135 с.Kutsova V.Z., Pogrebna N.Y. Khokhlova T.S. Aluminum and alloys based on it. Dnіpropetrovs’k: Porogi; 2004. 135 p. (In Ukr.)Оно А. Затвердевание металлов. Пер с англ. М.: Металлургия; 1980. 152 с.Ono A. Solidification of metals. Moscow: Metallurgy; 1980. 147 p. (Russ. Transl.: Ono A. Zatverdevanie metallov. Moscow: Metallurgiya; 1980. 147 p.)Benci J.E., Ma J.C., Feist T.P. Evaluation of the intermetallic compound Al2Ti for elevated-temperature applications. Materials Science and Engineering: A. 1995; 192–193(Pt 1): 38—44. https://doi.org/10.1016/0921-5093(94)03201-7Benci J.E., Ma J.C., Feist T.P. Evaluation of the intermetallic compound Al2Ti for elevated-temperature applications. Materials Science and Engineering: A. 1995; 192–193(Pt 1): 38—44. https://doi.org/10.1016/0921-5093(94)03201-7Wu Z.L., Pope D.P. Ll2Al3Ti-based alloys with Al2Ti precipitates – I. Structure and stability of the precipitates. Acta Metallurgica et Materialia. 1994; 42(2): 509—518. https://doi.org/10.1016/0956-7151(94)90505-3Wu Z.L., Pope D.P. Ll2Al3Ti-based alloys with Al2Ti precipitates – I. Structure and stability of the precipitates. Acta Metallurgica et Materialia. 1994; 42(2): 509—518. https://doi.org/10.1016/0956-7151(94)90505-3Wu Z.L., Pope D.P. Ll2Al3Ti-based alloys with Al2Ti precipitates – II. Deformation behavior of single crystals. Acta Metallurgica et Materialia. 1994; 42(2): 519—526. https://doi.org/10.1016/0956-7151(94)90506-1Wu Z.L., Pope D.P. Ll2Al3Ti-based alloys with Al2Ti precipitates – II. Deformation behavior of single crystals. Acta Metallurgica et Materialia. 1994; 42(2): 519—526. https://doi.org/10.1016/0956-7151(94)90506-1Sturm D., Heilmaier M., Saage H., Paninski M., Schmitz G.J., Drevermann A., Palm M., Stein F., Engberding N., Kelm K., Irsen S. Creep strength of centrifugally cast Al-rich TiAl alloys. Materials Science and Engineering: A. 2009; 510–511: 373—376. https://doi.org/10.1016/j.msea.2008.01.102Sturm D., Heilmaier M., Saage H., Paninski M., Schmitz G.J., Drevermann A., Palm M., Stein F., Engberding N., Kelm K., Irsen S. Creep strength of centrifugally cast Al-rich TiAl alloys. Materials Science and Engineering: A. 2009; 510–511: 373—376. https://doi.org/10.1016/j.msea.2008.01.102Деменок А.О., Ганеев А.А., Деменок О.Б., Кулаков Б.А. Выбор легирующих элементов для сплавов на основе алюминида титана. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. 2013; 13(1): 95—102. https://vestnik.susu.ru/metallurgy/article/viewFile/1544/1501; https://elibrary.ru/qbjhcjDemenok A.O., Ganeev A.A., Demenok O.B., Kulakov B.A. The choice of alloying elements for titanium aluminide base alloys. Vestnik Yuzhno-Ural’skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Metallurgiya = Bulletin of the South Ural State University. Series ‘Metallurgy. 2013; 13(1): 95—102. (In Russ.). https://vestnik.susu.ru/metallurgy/article/viewFile/1544/1501; https://elibrary.ru/qbjhcjКиров С.А., Козлов А.В, Салецкий А.М., Харабадзе Д.Э. Измерение теплоемкости и теплоты плавления методом охлаждения. М.: ООП Физ. фак-та МГУ; 2012. 23 с. http://genphys.phys.msu.ru/rus/lab/school/Lab210sch_2017-03-08.pdfKirov S.A., Kozlov A.V., Saletsky A.M., Kharabadze D.E. Measurement of heat capacity and heat of melting by the method of cooling. Textbook. Moscow: EPT Faculty of Physics, Lomonosov Moscow State University; 2012. 23 p. (In Russ.)Булкин П.С., Попова И.И. Общий физический практикум. Молекулярная физика. Под ред. А.Н. Матвеева, Д.Ф. Киселева. М.: Изд-во МГУ; 1988. 215 с.Matveev A.N., Kiselev D.F., eds. Bulkin P.S., Popova I.I. General physical workshop. Molecular physics. Moscow: Publishing House of Moscow State University; 1988. 215 p. (In Russ.)Матвеев А.Н. Молекулярная физика. М.: Бином. Лаборатория знаний; 2010. 368 с.Matveev A.N. Molecular physics. Moscow: Binom. Laboratoriya znanii; 2010. 368 p. (In Russ.)Сивухин Д.В. Общий курс физики. В 5 т. Т. 2. Термодинамика и молекулярная физика. М.: Физматлит; 2005. 544 с.Sivukhin D.V. General course of physics. In 5 vol. Vol. 2. Thermodynamics and molecular physics. Moscow: Fizmatlit; 2005. 544 p. (In Russ.)Кикоин И.К., Кикоин А.К. Молекулярная физика. СПб.: Лань; 2008. 484 с.Kikoin I.K., Kikoin A.K. Molecular physics. St. Petersburg: Lan’; 2008. 484 p. (In Russ.)Ганиев И.Н., Муллоева Н.М., Низомов З., Обидов Ф.У. Температурная зависимость теплоемкости и термодинамических функций сплавов системы Pb–Ca. Теплофизика высоких температур. 2014; 52(1): 138—140. https://doi.org/10.7868/S0040364414010098Ganiev I.N., Mulloeva N.M., Nizomov Z., Obidov F.U. Temperature dependence of the specific heat and thermodynamic functions of alloys of the Pb-Ca system. Teplofizika vysokikh temperatur = High Temperature. 2014; 52(1): 138—140. (In Russ.). https://doi.org/10.7868/S0040364414010098Зокиров Ф.Ш., Ганиев И.Н., Сангов М.М., Иброхимов Н.Ф. Влияние кальция на температурную зависимость теплоемкости и изменчивость термодинамической функции сплава АК12М2. Теплофизика высоких температур. 2018; 56(6): 867—872. https://doi.org/10.1134/S0018151X18060093Zokirov F.Sh., Ganiev I.N., Sangov M.M., Ibrokhimov N.F. Effect of calcium on the temperature dependence of the heat capacity and thermodynamic function variability of the AK12M2 alloy. Teplofizika vysokikh temperatur = High Temperature. 2018; 56(6): 867—872. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S0018151X18060093Ганиев И.Н., Отаджонов С.Э., Иброхимов Н.Ф., Махмудов М. Температурная зависимость теплоемкости и изменений термодинамических функций сплава AК1, легированного стронцием. Теплофизика высоких температур. 2019; 57(1): 22—26. https://doi.org/10.1134/S0040364419010095Ganiev I.N., Otadzhonov S.E., Ibrokhimov N.F., Makhmudov M. Temperature dependence of the heat capacity and changes in the thermodynamic functions of the strontium alloyed AK1 alloy. Teplofizika vysokikh temperatur = High Temperature. 2019; 57(1): 22—26. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S0040364419010095Ганиев И.Н., Сафаров А.Г., Одинаев Ф.Р., Якубов Ю.С., Кабутов К. Температурная зависимость теплоемкости и термодинамических функций сплавов Al + 4,5 % Fe, легированных оловом. Известия вузов. Цветная металлургия. 2019; (1): 50—58. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-1-50-58Ganiev I.N., Safarov A.G., Odinaev F.R., Yakubov U.S., Kabutov K. Temperature dependence of specific heat and thermodynamic functions of Al + 4,5 % Fe alloys doped with tin. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2019; (1): 50—58. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-1-50-58Ганиев И.Н., Отаджонов С.Э., Иброхимов Н.Ф., Махмудов М. Температурная зависимость теплоемкости и изменений термодинамических функций сплава АК1М2, легированного стронцием. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2018; 21(1): 35—42. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2018-1-35-42Ganiev I.N., Otajonov S.E., Ibrohimov N.F., Mahmudov M. Temperature dependence of the specific heat and thermodynamic functions AК1М2 alloy, doped strontium. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2018; 21(1): 35—42. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/1609-3577-2018-1-35-42Гордов А.Н., Парфенов В.Г, Потягайло А.Ю., Шарков А.В. Статистические методы обработки результатов теплофизического эксперимента. Под ред. А.Н. Гордова. Ленинград: ЛИТМО-Л; 1981. 72 с.Gordov A.N., ed. Gordov A.N., Parfenov V.G., Potyagailo A.Yu. Statistical methods for processing the results of a thermophysical experiment. Leningrad: LITMO-L; 1981. 72 p. (In Russ.)Геращенко О.А., Гордов А.Н., Лах В.И., Стаднык Б.И. Температурные измерения. Киев: Наукова думка; 1984. 495 с.Gerashchenko O.A., Gordov A.N., Lakh V.I., Stadnyk B.I. Temperature measurements. Kiev: Naukova dumka; 1984. 495 p. (In Russ.)Теория и техника теплофизического эксперимента. Под ред В.К. Щукина. М.: Энергоатомиздат; 1993. 448 с.Shchukin V.K., ed. Theory and technique of thermophysical experiment. Moscow: Energoatomizdat; 1993. 448 p. (In Russ.)Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. М.: Металлургия; 1984. 384 с.Zinov’ev V.E. Thermophysical properties of metals at high temperatures. Moscow: Metallurgiya; 1984. 384 p. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.