Combustion in Ni–Al System with Cu Additive (Powder or Rod). Experiment and Mathematical Model

Abstract

Аннотация: Проведены экспериментальные исследования и с помощью разработанной математической модели выполнены теоретические расчеты волнового синтеза в системе Ni-Al-Cu. Получены приближенные аналитические формулы для оценки характеристик синтеза. С использованием данных экспериментов и аналитических соотношений методом обратной задачи найдены кинетические константы, определяющие динамику процесса. Показано, что при повышении относительной плотности реакционного образца в диапазоне значений относительной плотности от 0,4 до 0,6 скорость распространения фронта горения монотонно растет. Глубина проникновения расплава меди из центра образца в никельалюминиевую матрицу зависит от относительной плотности образца и диаметра медной проволоки: более высокие их значения приводят к увеличению области жидкофазной пропитки. Темп смачивания расплавом меди порошкового каркаса из никеля и алюминия лимитируется скоростью волны синтеза. На основе опытных данных и аналитических соотношений проведена оценка эффективных кинетических констант, характеризующих высокотемпературный синтез реакционной смеси Ni + Al в присутствии добавок меди. Вычислены тепловой эффект реакции образования интерметаллида NiAl и предэкспоненциальный множитель в уравнении химического превращения; установлена величина показателя степени в соотношении для теплопроводности смеси; найдена константа, определяющая процесс пропитки расплавом меди никель-алюминиевой матрицы. Макроскопический подход, используемый для анализа процесса синтеза интерметаллида NiAl, позволяет определить все искомые физико-химические характеристики и параметры модели. Математическая модель пригодна для прогностических оценок и анализа экспериментальных данных в макроскопическом приближении. Получены приближенные аналитические формулы для расчета характеристик синтеза интерметаллида NiAl. Они позволяют рассчитывать характеристики сквозного канала и могут быть применены для расчета изделий из NiAl.