පුවත්
01 (අ)
ඇඹරුම් ක්‍රියාවලියේදී රේල් පීලි වල ඔක්සිකරණ හැසිරීම
2024-12-25
උල්ෙල්ඛ සහ රේල් පීලි අතර අන්තර්ක්‍රියා අතරතුර, රේල් පීලි වල ප්ලාස්ටික් විරූපණය තාපය ජනනය කරන අතර, උල්ෙල්ඛ සහ රේල් පීලි ද්‍රව්‍ය අතර ඝර්ෂණය ද ඇඹරුම් තාපය ජනනය කරයි. වානේ රේල් පීලි ඇඹරීම ස්වාභාවික වායුගෝලයක් තුළ සිදු කරනු ලබන අතර, ඇඹරුම් ක්‍රියාවලියේදී, වානේ රේල් පීලි ද්‍රව්‍ය අනිවාර්යයෙන්ම ඇඹරීමේ තාපය යටතේ ඔක්සිකරණය වේ. වානේ රේල් පීලි මතුපිට ඔක්සිකරණය සහ රේල් පීලි පිළිස්සීම් අතර සමීප සම්බන්ධතාවයක් පවතී. එබැවින්, ඇඹරුම් ක්‍රියාවලියේදී රේල් පීලි මතුපිට ඔක්සිකරණ හැසිරීම අධ්‍යයනය කිරීම අවශ්‍ය වේ.
සම්පීඩ්‍යතා ශක්තීන් සහිත ඇඹරුම් ගල් වර්ග තුනක් සකස් කර ඇති බව වාර්තා වී ඇති අතර, ඒවා පිළිවෙලින් 68.90 MPa, 95.2 MPa සහ 122.7 MPa ශක්තීන් සහිතව සකස් කර ඇත. ඇඹරුම් ගල් ශක්තියේ අනුපිළිවෙලට අනුව, මෙම ඇඹරුම් ගල් කාණ්ඩ තුන නියෝජනය කිරීමට GS-10, GS-12.5 සහ GS-15 භාවිතා වේ. GS-10, GS-12.5 සහ GS-15 ඇඹරුම් ගල් කට්ටල තුනකින් ඇඹරූ වානේ රේල් සාම්පල සඳහා, ඒවා පිළිවෙලින් RGS-10, RGS-12.5 සහ RGS-15 මගින් නිරූපණය කෙරේ. 700 N, 600 rpm සහ තත්පර 30 ක ඇඹරුම් තත්වයන් යටතේ ඇඹරුම් පරීක්ෂණ පවත්වන්න. වඩාත් අවබෝධාත්මක පර්යේෂණාත්මක ප්‍රතිඵල ලබා ගැනීම සඳහා, රේල් ඇඹරුම් ගල පින් තැටි සම්බන්ධතා මාදිලියක් අනුගමනය කරයි. ඇඹරීමෙන් පසු රේල් මතුපිට ඔක්සිකරණ හැසිරීම විශ්ලේෂණය කරන්න.
රූපය 1 හි දැක්වෙන පරිදි, බිම් වානේ රේල් පීල්ලේ මතුපිට රූප විද්‍යාව SM සහ SEM භාවිතයෙන් නිරීක්ෂණය කර විශ්ලේෂණය කරන ලදී. බිම් රේල් පීලි මතුපිට SM ප්‍රතිඵලවලින් පෙනී යන්නේ ඇඹරුම් ගල් ශක්තිය වැඩි වන විට, බිම් රේල් පීලි මතුපිට වර්ණය නිල් සහ කහ දුඹුරු සිට රේල් පීලියේ මුල් වර්ණය දක්වා වෙනස් වන බවයි. ලින් සහ තවත් අය විසින් කරන ලද අධ්‍යයනයෙන් පෙන්නුම් කළේ ඇඹරුම් උෂ්ණත්වය 471 ℃ ට අඩු වූ විට, රේල් පීලි මතුපිට සාමාන්‍ය වර්ණයක් ලෙස දිස්වන බවයි. ඇඹරුම් උෂ්ණත්වය 471-600 ℃ අතර වන විට, රේල් පීලි ලා කහ පිළිස්සුම් පෙන්නුම් කරන අතර, ඇඹරුම් උෂ්ණත්වය 600-735 ℃ අතර වන විට, රේල් පීලි මතුපිට නිල් පිළිස්සුම් පෙන්නුම් කරයි. එබැවින්, බිම් රේල් පීලි මතුපිට වර්ණ වෙනස් වීම මත පදනම්ව, ඇඹරුම් ගලෙහි ශක්තිය අඩු වන විට, ඇඹරුම් උෂ්ණත්වය ක්‍රමයෙන් වැඩි වන අතර රේල් පීලි පිළිස්සීමේ මට්ටම වැඩි වන බව අනුමාන කළ හැකිය. බිම් වානේ රේල් පීලි මතුපිට සහ සුන්බුන් පහළ මතුපිට මූලද්‍රව්‍ය සංයුතිය විශ්ලේෂණය කිරීමට EDS භාවිතා කරන ලදී. ප්‍රතිඵලවලින් පෙන්නුම් කළේ ඇඹරුම් ගල් ශක්තිය වැඩි වීමත් සමඟ, දුම්රිය මතුපිට O මූලද්‍රව්‍යයේ අන්තර්ගතය අඩු වූ බවත්, දුම්රිය මතුපිට Fe සහ O බන්ධනය අඩු වීමක් සහ දුම්රිය මතුපිට වර්ණ වෙනස් වීමේ ප්‍රවණතාවයට අනුකූලව දුම්රිය ඔක්සිකරණ මට්ටම අඩු වීමක් පෙන්නුම් කරන බවත්ය. ඒ සමඟම, ඇඹරුම් සුන්බුන්වල පහළ මතුපිට O මූලද්‍රව්‍යයේ අන්තර්ගතය ද ඇඹරුම් ගල් ශක්තිය වැඩි වීමත් සමඟ අඩු වේ. වානේ දුම්රිය මතුපිට එකම ඇඹරුම් ගලෙන් සහ ඇඹරුම් සුන්බුන්වල පහළ මතුපිටින් බිම දැමීම සඳහා, දෙවැන්නෙහි මතුපිට O මූලද්‍රව්‍යයේ අන්තර්ගතය පෙර එකට වඩා වැඩි බව සඳහන් කිරීම වටී. සුන්බුන් සෑදීමේදී, ප්ලාස්ටික් විරූපණය සිදුවන අතර උල්ෙල්ඛ සම්පීඩනය හේතුවෙන් තාපය ජනනය වේ; සුන්බුන් පිටතට ගලා යාමේ ක්‍රියාවලියේදී, සුන්බුන්වල පහළ මතුපිට උල්ෙල්ඛයේ ඉදිරිපස කෙළවරේ මතුපිටට අතුල්ලමින් තාපය ජනනය කරයි. එබැවින්, සුන්බුන් විරූපණය සහ ඝර්ෂණ තාපයේ ඒකාබද්ධ බලපෑම සුන්බුන්වල පහළ මතුපිටට ඔක්සිකරණයේ ඉහළ මට්ටමකට හේතු වන අතර, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස O මූලද්‍රව්‍යයේ ඉහළ අන්තර්ගතයක් ඇති වේ.
(අ) අඩු ශක්තියකින් යුත් ඇඹරුම් ගල් බිම් වානේ රේල් මතුපිට (RGS-10)
(ආ) මධ්‍යම ශක්තියෙන් යුත් ඇඹරුම් ගල් සහිත වානේ රේල් පීලි බිමක මතුපිට (RGS-12.5)
(ඇ) ඉහළ ශක්තියකින් යුත් ඇඹරුම් ගල් බිම් වානේ රේල් මතුපිට (RGS-15)
රූපය 1. විවිධ තීව්‍රතාවයන්ගෙන් යුත් ඇඹරුම් ගල් සමඟ ඇඹරීමෙන් පසු වානේ රේල් පීලි වල මතුපිට රූප විද්‍යාව, සුන්බුන් රූප විද්‍යාව සහ EDS විශ්ලේෂණය
වානේ රේල් පීලිවල මතුපිට ඇති ඔක්සිකරණ නිෂ්පාදන සහ රේල් පීලි මතුපිට පිළිස්සීමේ මට්ටම සමඟ ඔක්සිකරණ නිෂ්පාදනවල විචලනය තවදුරටත් විමර්ශනය කිරීම සඳහා, බිම් වානේ රේල් පීලිවල ආසන්න මතුපිට ස්ථරයේ මූලද්‍රව්‍යවල රසායනික තත්ත්වය හඳුනා ගැනීම සඳහා X-කිරණ ප්‍රකාශ ඉලෙක්ට්‍රෝන වර්ණාවලීක්ෂය (XPS) භාවිතා කරන ලදී. ප්‍රතිඵල රූපය 2 හි දක්වා ඇත. විවිධ තීව්‍රතා ඇඹරුම් ගල් සමඟ ඇඹරීමෙන් පසු දුම්රිය මතුපිට සම්පූර්ණ වර්ණාවලි විශ්ලේෂණ ප්‍රතිඵල (රූපය 2 (අ)) බිම් රේල් මතුපිට C1s, O1s සහ Fe2p උච්ච ඇති බව පෙන්නුම් කරන අතර, දුම්රිය මතුපිට EDS විශ්ලේෂණ ප්‍රතිඵල රටාවට අනුකූල වන දුම්රිය මතුපිට පිළිස්සීමේ මට්ටම සමඟ O පරමාණු ප්‍රතිශතය අඩු වේ. XPS ද්‍රව්‍යයේ මතුපිට ස්ථරය (5 nm පමණ) අසල ඇති මූලද්‍රව්‍ය තත්වයන් හඳුනා ගන්නා නිසා, වානේ රේල් උපස්ථරයට සාපේක්ෂව XPS සම්පූර්ණ වර්ණාවලිය මගින් අනාවරණය කරගත් මූලද්‍රව්‍යවල වර්ග සහ අන්තර්ගතයන්හි යම් යම් වෙනස්කම් තිබේ. C1s උච්චය (284.6 eV) ප්‍රධාන වශයෙන් භාවිතා කරනුයේ අනෙකුත් මූලද්‍රව්‍යවල බන්ධන ශක්තීන් ක්‍රමාංකනය කිරීමට ය. වානේ රේල් පීලි මතුපිට ඇති ප්‍රධාන ඔක්සිකරණ නිෂ්පාදනය Fe ඔක්සයිඩ් වන බැවින්, Fe2p හි පටු වර්ණාවලිය විස්තරාත්මකව විශ්ලේෂණය කෙරේ. රූපය 2 (ආ) සිට (ඈ) දක්වා වානේ රේල් පීලි මතුපිට Fe2p හි පටු වර්ණාවලි විශ්ලේෂණය පිළිවෙලින් RGS-10, RGS-12.5 සහ RGS-15 පෙන්වයි. ප්‍රතිඵලවලින් පෙනී යන්නේ Fe2p3/2 ට ආරෝපණය කර ඇති 710.1 eV සහ 712.4 eV හි බන්ධන ශක්ති උච්ච දෙකක් ඇති බවයි; 723.7 eV සහ 726.1 eV හි Fe2p1/2 හි බන්ධන ශක්ති උච්චයන් ඇත. Fe2p3/2 හි චන්ද්‍රිකා උච්චය 718.2 eV වේ. 710.1 eV සහ 723.7 eV හි උච්ච දෙක Fe2O3 හි Fe-O හි බන්ධන ශක්තියට ආරෝපණය කළ හැකි අතර, 712.4 eV සහ 726.1 eV හි උච්චයන් FeO හි Fe-O හි බන්ධන ශක්තියට ආරෝපණය කළ හැකිය. ප්‍රතිඵලවලින් පෙනී යන්නේ Fe3O4 Fe2O3 බවයි. මේ අතර, 706.8 eV හි විශ්ලේෂණාත්මක උච්චයක් අනාවරණය නොවූ අතර, එය බිම් රේල් පීලි මතුපිට මූලද්‍රව්‍ය Fe නොමැති බව පෙන්නුම් කරයි.
(අ) සම්පූර්ණ වර්ණාවලි විශ්ලේෂණය
(ආ) RGS-10 (නිල්)
(ඇ) RGS-12.5 (ලා කහ)
(ඈ) RGS-15 (වානේ රේල් පීල්ලේ මුල් වර්ණය)
රූපය 2. විවිධ මට්ටමේ පිළිස්සුම් සහිත දුම්රිය මතුපිට XPS විශ්ලේෂණය
Fe2p පටු වර්ණාවලියේ උච්ච ප්‍රදේශ ප්‍රතිශතයන් පෙන්නුම් කරන්නේ RGS-10, RGS-12.5 සිට RGS-15 දක්වා, Fe2+2p3/2 සහ Fe2+2p1/2 හි උච්ච ප්‍රදේශ ප්‍රතිශතයන් වැඩි වන අතර Fe3+2p3/2 සහ Fe3+2p1/2 හි උච්ච ප්‍රදේශ ප්‍රතිශතයන් අඩු වන බවයි. මෙයින් පෙන්නුම් කරන්නේ දුම්රිය මාර්ගයේ මතුපිට පිළිස්සීමේ මට්ටම අඩු වන විට, මතුපිට ඔක්සිකරණ නිෂ්පාදනවල Fe2+ අන්තර්ගතය වැඩි වන අතර Fe3+ අන්තර්ගතය අඩු වන බවයි. ඔක්සිකරණ නිෂ්පාදනවල විවිධ සංරචක බිම් දුම්රිය මාර්ගයේ විවිධ වර්ණවලට හේතු වේ. මතුපිට පිළිස්සීමේ මට්ටම (නිල්) වැඩි වන තරමට, ඔක්සයිඩ් වල Fe2O3 නිෂ්පාදනවල අන්තර්ගතය වැඩි වේ; මතුපිට පිළිස්සීමේ මට්ටම අඩු වන තරමට FeO නිෂ්පාදනවල අන්තර්ගතය වැඩි වේ.