سينتيك اكسيداسيون ذرات پودري منيزيم در شرايط غيرهمدما

Oxidation Kinetics of Magnesium Powder Particles in Non-Isothermal Condition

در اين پژوهش، تاثير نرخ حرارت دهي بر سينتيك فرايند اكسيداسيون ذرات پودري منيزيم در شرايط غيرهمدما مورد مطالعه قرار گرفت. به اين منظور، آزمون گرماسنجي افتراقي (DTA) و آزمون وزن سنجي حرارتي (TGA) در سه نرخ حرارت دهي 5، 10 و 20 كلوين بر دقيقه تا دماي 1000 درجه سانتي گراد تحت اتمسفر هوا، روي ذرات پودري منيزيم انجام شد. همچنين براي درك بهتر فرايند اكسيداسيون پودر منيزيم، با توجه به منحني DTA اكسيداسيون پودر منيزيم در سرعت حرارت دهي 20 كلوين بر دقيقه، سه دماي مشخصه انتخاب شد. سپس نمونه هايي از پودر منيزيم تا اين سه دما با نرخ 20 كلوين بر دقيقه حرارت دهي شدند و براي بررسي هاي فازشناسي و ريزساختاري به ترتيب تحت آزمون هاي پراش پرتو ايكس (XRD) و دستگاه ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) قرار گرفتند. سپس با استفاده از روش هاي هم تبديلي استارينك و فريدمن و همچنين روش هاي انطباقي مستقيم و غيرمستقيم بررسي هاي سينتيكي انجام شد. انرژي فعالسازي (E) و ضريب پيش نمايي (lnA) به دست آمده براي فرايند اكسيداسيون پودر منيزيم به ترتيب در محدوده 956-327 كيلوژول بر مول و 135-45 بر دقيقه قرار داشت. مدل واكنش براي نرخ هاي حرارت دهي 5، 10 و 20 كلوين بر دقيقه، به ترتيب R2 ،A3/2 و D1 تعيين شد.

In this research, the effect of heating rate on oxidation kinetics of magnesium powder particles under non-isothermal conditions was studied. For this purpose, differential thermal analysis (DTA) and thermogravimetry analysis (TGA) was done on magnesium powder particles at three heating rates of 5, 10 and 20 K min-1 up to 1000 °C under air atmosphere. Also, in order to better understand the oxidation process of magnesium powder, three temperatures were selected according to the DTA curve at a heating rate of 20 K min-1. Then, samples of magnesium powder were heated up to these three temperatures with heating rate of 20 K min-1 and were subjected to X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) for phase and microstructural analysis. Then, kinetic studies were performed using some isoconversional methods such as Starink and Friedman as well as direct and indirect fitting methods. The activation energy (E) and pre-exponential factor (lnA) for oxidation of magnesium powder were in the range of 327-956 kJ mol-1 and 45-135 min-1, respectively. The reaction models for heating rates of 5, 10 and 20 K min-1 were obtained to be A3/2, R2 and D1, respectively.