بررسي سينتيكي تجزيه حرارتي پودر هيدرايد تيتانيم (TiH2) در دماهاي بالا

بررسي سينتيكي تجزيه حرارتي پودر هيدرايد تيتانيم (TiH2) در دماهاي بالا

پودر هيدرايد تيتانيم به عنوان ماده حباب‏‏زا در توليد فوم‌هاي فلزي (به ويژه فوم‌هاي فلزي آلومينيمي) مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در اثر تجزيه حرارتي هيدرايد تيتانيم در دماي بالا، مقدار زيادي گاز هيدروژن آزاد مي‏شود. چنانچه گاز هيدروژن آزاد شده در درون آلومينيم به خوبي كنترل گردد و مذاب جامد شود، حباب‌هاي توليد شده در مذاب منجر به توليد فوم مي‏گردد. دستيابي به معادله سرعت و تعيين مكانيزيم تجزيه براي تعيين شرايط و كنترل فرآيند فومسازي از اهميت ويژه‏اي برخوردار است. در اين تحقيق، با اندازه‏گيري مستقيم و لحظه‏اي فشار گاز هيدورژن آزاد شده در دماهاي بين K673-K1273، سينتيك تجزيه هيدرايد تيتانيم بررسي شده است. نتايج نشان مي‎دهد كه در دماهاي بين K673-K873 ، تجزيه پودر تحت كنترل نفوذ داخلي اتم‌هاي هيدروژن از لايه اكسيد تيتانيم (Ti2O3) است. در دماهاي بالاتر، يعني بين K973-K1273، پودر هيدرايد تيتانيم طي دو مرحله تجزيه مي‏شود. در مرحله اول، معادله سرعت به صورت پارابوليكي بوده و تجزيه تحت كنترل نفوذ داخلي است. پس از ثابت شدن فشار گاز هيدروژن براي مدت خاص، مرحله دوم شروع مي‏شود. در اين مرحله، معادله سرعت تجزيه پودر هيدرايد تيتانيم، در‌ آغاز از درجه صفر بوده و سپس از معادله سرعت پارابوليكي پيروي مي‏كند. هيدرايد تيتانيم طي دو مرحله به صورت «TiH2 ?TiHX??-Ti» تجزيه مي‏شود. مرحله اول تحت كنترل نفوذ اتم‌هاي هيدروژن از درون لايه TiHX بوده و مرحله دوم تحت كنترل واكنش شيميايي است. انرژي اكتيواسيون در مرحله اول تقريباً KJ112/59 بوده و در مرحله دوم معادل KJ388/81 است.

Titanium hydride powder is used as blowing agent in the production process of metallic foams (especially aluminum metallic foams). As a result of thermal decomposition of TiH2 powder, a massive volume of hydrogen gas releases. The hydrogen evolution, inside molten aluminum, generates bubbles and if the process is properly controlled Al foam will be produced. Determination of the conditions, rate and mechanism of decomposition process is very important for reaching to an acceptable product. In this research, the online measurement of hydrogen evolution, at temperatures range of 673- 1273K, was used for studying the decomposition kinetics of titanium hydride. The results showed that at temperatures range of 673-873K, the decomposition of TiH2 powder is under control of internal diffusion of hydrogen atoms along the titanium oxide (Ti2O3) layer. At higher temperatures, 973-1073K, the TiH2 powder is decomposed at two stages. At the first stage, the equation of velocity is parabolic and the decomposition process under control of internal diffusion. After hydrogen gas pressure reaches to a constant level, the second stage starts. In this stage, the rate equation of decomposition of TiH2 powder will be of zero order, at first, which changes to a parabolic equation later. Titanium hydride decomposes at two stages TiH2?TiHX??-Ti. The first stage is under control of diffusion of hydrogen atoms in the TiHX layer and the second stage is under control of the chemical reaction. The activation energy is 59.112 kJ/mole approximately, at the first stage, and 81.388 kJ/mole at the second stage, respectively.