Практикалық жұмыс № 2 Екі жүйелі балқығыштық диаграммалардың жүйесін құру және сараптау.

Жұмыстың мақсаты: диаграмманы құруға дағдылану, екі жүйелі диаграмманы зерттеу және оны талдауда, қатты ерітінділердің фазалық құрамын есептеуде қолдану.

Анықтамалар мен терминдер

Фазалық тепе-теңдік диаграммасы-күй параметрлері (температура,қысым,құрам) мен термодинамикалық тепе-теңдік жүйесі арақатынасының графикалық бейнеленуі.

Компонент-құрамдас бөлік,бұл жағдайда қорытпа құрушы химиялық элемент

Канода- соңы тепе-теңдіктегі бір бірімен байланысты фазалармен шектелген және компоненттерден құралған көлденең кесінді; өзара тепе-теңдіктегі фазалар құрамын бейнелейді.

Ликвидус- күй жай диаграммасындағы әр түрлі компоненттерден құралған бинарлы қорытпалардың бастапқы қатаю нүктесінің геометриялық орыны.

Перетектика- ерітіндінің құрамдас бөлігі,белгілі бір құрамдағы ерітіндіден бұрын бөлініп шыққан қатты фазасы мен кристалданған сұйық бөлігінен пайда болған фазалардың механикалық қосындысын бейнелейді

Солидус-күй жай диаграммасындағы әр түрлі компоненттерден құралған бинарлы қорытпалардың соңғы қатаю нүктесінің геометриялық орыны.

Эвтектика- ерітіндінің құрамдас бөлігі,ерітіндіден бір мезетте екі фазаның кристалдануынан түзілетін ерекше механикалық қоспа.

Эвтектоид-ерітіндінің құрамдас бөлігі,қатты ерітіндіден бір мезетте екі фазаның екінші кристалдануынан түзілетін ерекше механикалық қоспа.

Кіріспе.

Физико-химиялық талдау негізіне жүйе құрамы мен өлшенетін физикалық қасиеттердің аралық тәуелділігін зерттеу жатады, мысалы, кристалдану температурасымен,электр өткізгіштікпен,қаттылықпен және т.б. Тәжірибелік жолмен табылған арақатынас құрам-қасиет диаграмма түрінде графикалық бейнеленеді.

Құрам-күй диаграммасын геометриялық зерттеу жүйе компоненттерінің әрекеттесуінің мінездемесін береді, яғни олардың механикалық қоспа, ерітінділер немесе айқын қоспалар түзу мүмкіндігін, түзілетін фазалардаң химиялық құрамын, табиғаты.

Теория негіздері

Металлургтер үшін құрам-балқу температура диаграммасының үлкен маңызы бар. Физико-химиялық талдаудың бұл бөлімі-термиялық талдау,ал балқу температураның жүйе құрамына графикалық тәуелділігі-балқу диаграммалары деп аталады. Мысалы,Сd-Bi балқу диаграммасын тұрғызу керек(3 сурет). Cd абцисса осі бойына құрам,масса жүргізіледі. Кесінді соңылары C және D таза компоненттерге, яғни 100%Cd және 100%Bi, ал кесіндідегі кез-келген нүкте-құйма құрамына сәйкес келеді.F нүктесімен белгіленген құрам 20%Bi және 80%Cd,ал G нүктесінде -95% Bi және 5%Cd.

Диаграмма

3 Сурет. Cd-Bi жүйесінің балқу температурасы

Ордината осьтеріне қоспаның балқу температурасы жазылады. А нүктесі- таза кадмиидің(321⁰С) балқу температурасына, В нүктесі- таза висмуттың(271⁰С) балқу температурасына сәйкес келеді.Егер металдар химиялық қоспа түзбесе,онда жүйенің балқу температурасы 3-суреттегідей болады. Висмутты кадмиге азғана мөлшерде қосу таза кадмимен салыстырғанда қоспаның балқу температурасының төмендеуіне әкеледі. Керісінше, кадмииді висмутқа аз ғана мөлшерде қосу таза кадмиимен салыстырғанда төмен балқу температурасы бар қоспаның түзілуіне әкеледі. Диаграммада ең төмен температура болып саналатын Е нүктесі бар. Мұндай құрамды қоспаны-эвтектика, оның балқу температурасын-эвтектикалық, ал бұл температура мен құрамын мінездейтін нүктені-эвтектикалық нүкте деп атайды.(60%Bi, 40%Cd және144⁰).

Эвтектикаға қарағанда құрамы басқа балқыманың қатаю кезінде алғашында қатты фаза түрінде эвтектика құрамында оның құрамы жоғары болатын металдар бөлінеді. Перпендикуляр N нүктесінде Е нүктесінен СD кесіндісіне. Онда N-нен сол жақтағы нүктелермен мінезделетін(эвтектикаға дейін) барлық балқымалардың қатаюы кезінде бірінші кадмии бөлінеді,ал N-нен оң жақтағы нүктелермен мінезделетін (эвтектикадан кейін) барлық балқымалардың қатаюы кезінде бірінші висмут бөлінеді.

Балқыманың қатаюы кезінде кадмий мен висмуттың бөліну мөлшеріне байланысты оның сұйық құрамы эвтектика құрамына жақындайды. Сонымен бірге балқу температурасы төмендеп, эвтектикалық температураға жақындайды. Сұйық фаза құрамы эвтектика құрамына, ал балқу температурасы – эвтектикалық температураға жеткен кезде бір мезгілде екі металдың да сұйық фазалары ұсақ кристалдар түрінде қатаяды. Сондықтан эвтектика құрамынан ерекше құрамы бар, бірінші кристалданатын металдардың үлкен кристалдарының дағы түсірілген барлық балқымалар қатты күйінде жаппай эвтектикалық масса түрінде болады.

СD-ға параллель етіп KL кесіндісін жүргізейік. Енді диаграммадағы әрбір нүктеге тек қана айқын химиялық құрамы емес, сонымен қатар айқын фазалық құрам сәйкес келеді. Диаграмма бірнеше фазалы областарға бөлінген.

АЕВ кесіндісінен жоғары жатқан нүктелерге балқыманың сұйық түрі сәйкес келеді. АЕВ және KL кесінділері аралығындағы нүктелерге балқыманың екі фазалы құрамы сәйкес келеді. Сонымен қатар, қатты фаза түрінде кадмии болады,егер балқыманың физикалық құрамы АЕК –мен шектелген және висмут-BEL-мен шектелген диаграмманың бір бөлігі ретінде анықталса. KCDL облысында жатқан нүктелерге балқыманың қатты құрамы сәйкес келеді. Сонымен қатар,KCNE облысының ішінде жатқан балқыма, бірінші бөлінген кадмиидің үлкен кристал дақтары бар екі металдың эвтектикалық қоспасы.

Егер екі металл бір-бірімен химиялық әрекеттессе, онда балқыма диаграммасы 4-суретте көрсетілгендей мінезделеді. Суретте көрсетілгендей, балқу диаграммасың екі эвтектикалық нүктесі Е₁, Е₂ және М нүктесінде майысуы бар. ML перпендикулярымен диаграмма екіге бөлінген. Диаграмманың сол жағы Mg және Mg₂Ge –ден тұратын балқымадан, оң жағы – Mg₂Ge және Ge-ден тұратын балқымадан құралған. Бұл мысалда металдардың бірінің орнына химиялық қосынды алынады. Балқыма диаграммалары көптеген практикалық сұрақтардың нәтижелерін шығаруға көмектеседі.