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Liquid phase combustion of iron in an oxygen atmosphere

Article dans une revue avec comité de lecture
Author
MULLER, Maryse
86289 Laboratoire Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux [PIMM]
105539 Centre de Recherche Claude Delorme [Jouy-en-Josas] [CRCD]
118112 Institut Pprime [UPR 3346] [PPrime [Poitiers]]
EL-RABII, Hazem
118112 Institut Pprime [UPR 3346] [PPrime [Poitiers]]
FABBRO, Rémy
86289 Laboratoire Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux [PIMM]

URI
http://hdl.handle.net/10985/9904
DOI
10.1007/s10853-015-8872-9
Date
2015
Journal
Journal of Materials Science

Abstract

In this article, we report an investigation of laser-initiated ignition of pure iron rods, using optical pyrometry, video observations, and analysis of metallographic cross section of quenched burning liquid on copper plates. When ignition occurs, caused by the melting of metal, the combustion takes place in the liquid. Two distinct superposed phases (L1 and L2) are identified in the liquid, according to the known phase diagram of the iron oxide system. Our observations show that the L1 and L2 phases can be either distinct and immiscible or mixing together. The temperature of the transition at which the mixing occurs is around 2350 K. Two mechanisms are proposed to explain the mixing occurring at high temperature: the spontaneous emulsification resulting from a strong decrease of the interfacial tension between L1 and L2 and the reduction of the miscibility gap between them at high temperature. Based on the experimental data of the evolution of the temperature and the video observation of the melt for different ignition conditions, we provide a complete description of the combustion process of iron induced by laser. Eventually, an extrapolation of the iron–oxygen phase diagram, to temperatures higher than 2000 K, is proposed.

Files in this item

Name:
PIMM - JMS - MULLER - 2015.pdf
Size:
2.269Mb
Format:
PDF
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