- PII
- S30345391S086957332504112121-1
- DOI
- 10.7868/S303453912504112121
- Publication type
- Article
- Status
- Published
- Authors
- Volume/ Edition
- Volume / Issue number 4
- Pages
- 112-121
- Abstract
- Using the method of sessile drop, the interaction of rail steel with the AlO-based refractory ceramics has been studied depending on the holding temperature and time and also on the gas-phase composition. It is shown that wetting angles were changed substantially (from about 145° to 125–130°) only upon isothermal holding at low temperatures. The effect of the roughness of ceramic substrate on a change in the wetting angle is studied. It is stated that its lower values took place on ceramics with the smaller roughness. The surface tension and density of rail steel are studied. An essential difference in the surface tensions upon heating and cooling was shown. It is found that, unlike pure iron, the inversion of the temperature coefficient ∂σ/∂Τ was observed for the rail steel. The adhesion work was calculated. It was shown its sharp increase for the initial 30 minutes of experiment (up to 600 mN/m) and, then, a gradual growth (to about 700 mN/m) independently of regimes of heating and cooling.
- Keywords
- огнеупорная керамика рельсовая сталь оксид алюминия краевой угол смачивания поверхностное натяжение шероховатость работа адгезии
- Date of publication
- 20.05.2025
- Year of publication
- 2025
- Number of purchasers
- 0
- Views
- 32
References
- 1. Sobczak, N. High-temperature wettability measurements in metal/ceramic systems – Some methodological issues / N. Sobczak, M. Singh, R. Asthana // Current Opinion in Solid State and Mater. Sci. 2005. V.9. P.241–253.
- 2. Nakashima, K. Wettability of Al₂O₃ substrate by liquid iron : effects of oxygen in liquid iron and purity of Al₂O₃ substrate / K. Nakashima, K. Takihira, K. Mori, N. Shinozaki // Mater. Trans. JIM. 1992. V.33. №10. Р.918–926.
- 3. Nogi, K. Wettability of solid oxides by liquid iron alloys under reduced pressure / K. Nogi, K. Ogino, T. Kurachi // Tetsu-to-Hagane. 1988. V.74. №4. Р.648–655.
- 4. Найдич, Ю.B. Контактные явления в металлических расплавах / Ю.В. Найдич. – Киев: Наук. Думка, 1972. 196 c.
- 5. Kapilashrami, E. Studies of the wetting characteristics of liquid iron on dense alumina by the X-ray sessile drop technique / E. Kapilashrami, A. Jakobsson, A.K. Lahiri, S. Seetharaman // Met. Mater. Trans. B. 2003. V.34B. P.193–199.
- 6. Zhao, L. Interfacial phenomena during wetting of graphite alumina mixtures by liquid iron / L. Zhao, V. Sahajwalla // ISIJ Intern. 2003. V.43. №1. P.1–6.
- 7. Shibata, H. Degree of undercooling and contact angle of pure iron at 1933 K on single-crystal Al₂O₃, MgO, and MgAl₂O₄ under argon atmosphere with controlled oxygen partial pressure / H. Shibata, Y. Watanabe, K. Nakajima, S. Kitamura // ISIJ Intern. 2009. V.49. №7. P.985–991.
- 8. Nogi, K. Wetting phenomena in materials processing / K. Nogi // Tetsu-to-Hagane. 1998. V.84. №1. Р.1–6.
- 9. Shen, P. The effect of Al content on the wettability between liquid iron and MgO-Al₂O₃ binary substrate / P. Shen, L. Zhang, J. Fu, H. Zhou, Y. Wang, L. Cheng // Ceram. Intern. 2019. V.45. P.11287–11295.
- 10. Xuan, C. Wettability of Al₂O₃, MgO and Ti₂O₃ by Liquid Iron and Steel / C. Xuan, H. Shibata, S. Sukenaga, P.G. Jönsson, K. Nakajima // ISIJ Intern. 2015. V.55. №9. P.1882–1890.
- 11. Fruhstorfer, J. Erosion and corrosion of alumina refractory by ingot casting steels / J. Fruhstorfer, L. Schöttler, S. Dudczig, G. Schmidt, P. Gehre, C.G. Aneziris // J. Europ. Ceram. Soc. 2016. V.36. P.1299–1306.
- 12. Шварц, К. Изучение проникновения жидкого металла в продувочные пробки / К. Шварц, О. Краус // Огнеупоры и техническая керамика. 2013. №4–5. С.52–56.
- 13. Анучкин, С.Н. Взаимодействие огнеупорной керамики на основе Al₂O₃ с железоуглеродистым расплавом / С.Н. Анучкин, А.А. Александров, А.Г. Каневский, С.Б. Румянцева, К.В. Григорович, Н.С. Съемщиков // Металлы. 2024. №5. С.28–36.
- 14. Анучкин, С.Н. Исследование поверхностных свойств расплавов на основе никеля методом большой капли. I. Поверхностное натяжение / С.Н. Анучкин, В.Т. Бурец, М.В. Загуменников, В.В. Сидоров, В.Е. Ригин // Металлы. 2010. №1. С.15–20.
- 15. Krylov, A.S. Software package for determination of surface tension of liquid metals / A.S. Krylov, A.V. Vvedensky, A.M. Katsnelson, A.F. Tugovikov // J. Non-Crystalline Solids. 1993. V.845. P.156–158.
- 16. Найдич, Ю.В. Метод «большой капли» для определения поверхностного натяжения и плотности расплавленных металлов при высоких температурах / Ю.В. Найдич, В.И. Еременко // ФММ. 1961. Т.11. №6. С.883–888.
- 17. Yan, W. Wettability phenomena of molten steel in contact with alumina substrates with alumina and alumina-carbon coatings / W. Yan, A. Schmidt, S. Dudczig, T. Wetzig, Y. Wei, Y. Li, S. Schafföner, C.G. Aneziris // J. Europ. Ceram. Soc. 2018. V.38. P.2164–2178.
- 18. Аникеев, А.Н. Изучение угла смачивания оксида алюминия высокоуглеродистым расплавом железа / А.Н. Аникеев, Ф. Валенза, А. Пассероне, И.В. Чуманов // Электрометаллургия. 2017. №4. С.6–12.
- 19. Shen, P. Wettability between liquid iron and tundish lining refractory / P. Shen, L. Zhang, Y. Wang // Met. Res. Tech. 2016. V.113. P.1–12. Art.503.
- 20. Burcev, V.T. Взаимодействие экзогенных тугоплавких нанофаз с сурьмой, растворенной в жидком железе / В.Т. Бурцев, С.Н. Анучкин, А.В. Самохин // Металлы. 2017. №4. С.27–35.
- 21. Ниженко, В.И. Поверхностное натяжение жидких металлов и сплавов / В.И. Ниженко, Л.И. Флока. – М.: Металлургия, 1981. 208 с.
- 22. Mills, K.C. Review of surface tension data for metallic elements and alloys. Pt.1. Pure metals / K.C. Mills, Y.C. Su // Intern. Mater. Rev. 2006. V.51. №6. P.329–351.
- 23. Keene, B.J. Review of data for the surface tension of pure metals / B.J. Keene // Intern. Mater. Rev. 1993. V.38. №4. P.157–192.
- 24. Nogi, K. The temperature coefficient of the surface tension of pure liquid metals / K. Nogi, K. Ogino, A. McLean, W.A. Miller // Met. Trans. B. 1986. V.17B. P.163–170.
- 25. Басин, А.С. Плотность и структура жидкого железа от плавления до критической точки. 1. Экспериментальные данные о плотности / А.С. Басин // Расплавы. 1995. №6. С.12–22.
- 26. Филиппов, К.С. Исследование структурных свойств рельсовой стали в жидком и твердом состояниях / К.С. Филиппов, В.И. Кашин // Расплавы. 1997. №3. С.20–22.
- 27. Dubberstein, T. Surface tension and density data for Fe-Cr-Mo, Fe-Cr-Ni, and Fe-Cr-Mn-Ni steels / T. Dubberstein, H.-P. Heller, J. Klostermann, R. Schwarze, J. Brillo // J. Mater. Sci. 2015. V.50. P.7227–7237.
- 28. Зимон, А.Д. Адгезия жидкости и смачивание / А.Д. Зимон. – М.: Химия, 1974. 416 с.
- 29. Cheng, L. Wettability between 304 stainless steel and refractory materials / L. Cheng, L. Zhang, Y. Ren // J. Mater. Res. Tech. 2020. V.9. №3. P.5784–5793.
- 30. Prokof’eva, E.A. The chemical composition and porosity of refractories as factors in their wettability with carbon steel / E.A. Prokof’eva, N.U. Ioff // Refractories. 1975. V.16. P.174–177.
- 31. Zhukovskaya, A.E. How corundum refractories are wetted by molten steel / A.E. Zhukovskaya, A.A. Kortel’, E.A. Sherman, E.A. Prokof’eva, T.P. Korableva // Refractories. 1982. V.23. P.504–507.
- 32. Fukami, N. Wettability between porous MgAl₂O₄ substrates and molten iron / N. Fukami, R. Wakamatsu, N. Shinozaki, K. Wasai // Mater. Trans. 2009. V.50. №11. P.2552–2556.
