книги из ГПНТБ / Рытвин Е.И. Платиновые металлы и сплавы в производстве стеклянного волокна [учеб. пособие]

Продолжение

вжидком и твердом межуточные фазы в

60

Продолжение

Лите­

ратур­ Система Характеристика системы Промежуточный фазы ная

ссылка

61

Продолжение

■сти твердых растворов. Двухфазная область

такая же как чистых металлов (рис. 22). Вторых фаз в сплавах — твердых растворах не наблюдается.

При ограниченной растворимости компонентов, на­ пример в системе палладий—иридий, в зависимости от состава сплава и температуры закалки, фиксирующей его состояние, можно наблюдать как структуру, типич­ ную для твердых растворов, так и двухфазную структу­ ру, характерную для области ограниченной растворимо­ сти. В соответствии с диаграммой состояния палладий— иридий (см. рис. 18, а) при 1500 °С в области, соответ­ ствующей концентрации иридия до ~30 вес. %, должен быть однородный твердый раствор, существование кото­ рого подтверждается микроструктурой сплава Pd —

62

30%Ir, закаленного при 1500°С (рис. 23, а). Из той же диаграммы следует, что при 50 вес.% иридия существу­ ет двухфазная область, наличие которой хорошо под­ тверждается микроструктурой этого сплава (рис. 23,6).

Рис. 19. Зависимость удельного электрического сопротивления р, температурного коэффициента электрического сопротивления а (а)

и твердости (б) от состава сплавов системы палладий—родий.

Вес. %

10 20 I/O ВО 80 100

сплавов системы платина — ро­ дий.

Анализ микрофотографий сплавов палладий—иридий (рис. 23) дает четкие представления о том, какой сплав и при какой температуре являются однофазным и двух­ фазным. Это имеет большое практическое значение, так как в зависимости от типа сплава могут сильно изме-

63

няться его эксплуатационные и технологические свойст­ ва. Классическим примером может служить образова­ ние двухфазной области при распаде твердого раствора в системе пластина — золото (см. рис. 17,г).

Микроструктура сплавов, в которых произошел рас­ пад твердого раствора, должна характеризоваться нали­ чием второй фазы, способствующей хрупкому разруше­ нию металла при обработке. При нагревании этих спла­ вов до температур выше линии образования двухфазной области и последующей закалке можно зафиксировать однородный твердый раствор, типичный для системы платина — золото. Закаленные сплавы — твердые раство­ ры можно деформировать и изготавливать из них изде­ лия. Такая же закономерность наблюдается в тройной системе платина — золото — родий, характеризующейся сравнительно малой областью растворимости элементов в платиновом углу системы и распадом твердого раство­ ра (рис. 24).

Кроме этой системы практически важное значение имеют и другие тройные системы, образуемые платино­ выми металлами и золотом. К ним относятся системы платина—палладий—родий, платина—палладий—руте­ ний, платина—палладий—золото, платина—палладий— иридий, палладий—родий—золото, палладий—иридий— золото, палладий—рутений—золото и некоторые дру­ гие. Установлено, что в системе платина—палладий— родий при температурах ниже линии солидуса образует­ ся непрерывный ряд твердых растворов. О возможном распаде твердого раствора в этой тройной системе све­ дений не имеется.

В системе платина—палладий—рутений исследован только палладиевый угол в области твердых растворов. В системе платина—палладий—золото фиксируется не­ ограниченная растворимость трех компонентов в твер­ дом состоянии с распадом твердого раствора при темпе­ ратурах ниже 1250 °С. О системе платина—палладий— иридий имеется очень небольшая информация. По-види­ мому, в этой системе существует ограниченная раство­ римость компонентов в твердом состоянии. Система пал­ ладий—родий—золото характеризуется весьма ограни­ ченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях. Введение родия в систему палладий — золото резко снижает взаимную растворимость этих ме-

64

Рис. 23. Структура сплавов палладий—иридий:

а — Pel — 3 0 % Іг (закалка 1500 “С, X 300); б — Pel — 50% Ir (закалка 1700 °С, X 200).

5—2404

таллов. Распад твердого раствора, характерный для си­ стемы палладий—родий, наблюдается и в тройной си­ стеме палладий—родий—золото.

Система палладий—иридий—золото имеет ограничен­ ную растворимость компонентов в жидком и твердом со­ стояниях. Область однородного твердого раствора в пал­ ладиевом углу ограничена 40 вес. % золота и 0,5— 5,0 вес. % иридия.

Система палладий—рутений—золото также должна характеризоваться ограниченной растворимостью сплав­ ляемых металлов. Для практического использования особенно важны сложнолегированные сплавы, содержа­ щие три—пять компонентов. Однако каких-либо сведе­ ний о диаграммах состояния четырех и более компонент­ ных систем платиновых металлов не имеется. Эго затруд­ няет выбор сложнолегированных сплавов с заданными свойствами и усложняет экспериментальные работы по их созданию и использованию.

Диаграммы состояния двойных систем платиновых металлов с неблагородными элементами

Как показано в табл. 4, в металлах платиновой груп­ пы в соответствии с ГОСТ допустимо содержание 14 не­ благородных элементов, а также золота и серебра. Не

К таким примесям можно отнести серу, фосфор, селей, теллур, мышьяк, углерод, висмут, водород и др. Хотя со­ держание каждой из этих примесей в платиновых ме­ таллах, по-видимому, не превышает сотых или тысячных долей процента, они могут взаимодействовать с метал­ лом-основой, образуя хрупкие и легкоплавкие составля­ ющие, которые вызывают разрушение металла при обра­ ботке или эксплуатации. Вполне допустимо, что примес­ ные элементы могут концентрироваться в микроучаст­ ках металла, и тогда их содержание в этих локальных зонах (соизмеримых с микроном) может достигать целых и даже десятков процентов. Примесные элементы могут попадать в сплавы с исходными шихтовыми материала­ ми и в процессе переработки сплавов и изготовления из них стеклоплавильных сосудов. Эксплуатация стекло­ плавильных сосудов также не исключает возможности

66

загрязнения сплава примесными элементами, содержа­ щимися в огнеупорной обмуровке или в стекломассе.

От характера взаимодействия неблагородных эле­ ментов с платиновыми металлами в сплаве зависят его жаропрочность, технологические и другие свойства. Это взаимодействие может быть весьма сложным, так как оно относится не к одной системе платиновый металл— примесь, а отражает совокупность реакций, протекаю­ щих при оплавлении элементов многокомпонентной си­ стемы. Примеси могут взаимодействовать между собой и с платиновыми металлами, входящими в сплав. По­ скольку пока не построены диаграммы состояния много­ компонентных систем платиновых 'металлов с неблаго­ родными элементами, представляется целесообразным рассмотреть имеющиеся двойные диаграммы состояния. Анализ этих диаграмм дает возможность в первом при­ ближении оценить отрицательный эффект, который не­ сут вредные примеси при взаимодействии с платиновы­ ми металлами.

Взаимодействие платиновых металлов и золота с элементами первой группы периодической системы

Из элементов первой группы периодической системы в качестве примеси в платиновых металлах встречается медь, а также благородные металлы золото и серебро. Диаграммы состояния платиновых металлов с золотом описаны выше (см. с. 58—62), где золото рассматрива­ лось как легирующий элемент. Серебро не является леги­ рующим элементом сплавов для стеклоплавильных со­

Водород, входящий в первую группу, также может взаимодействовать с платиновыми 'металлами, особенно с палладием.

На рис. 25 показаны диаграммы состояния элементов первой группы периодической системы с платиновыми металлами и золотом. Медь и серебро имеют ГЦК-ре- шетку, а их атомные радиусы (1,28 и 1,44Â, соответст­ венно) близки к атомным радиусам платиновых метал­ лов (разность меньше 10%). Системы медь—платина, медь—палладий, медь—золото, серебро—палладий и се­ ребро—золото образуют непрерывный ряд твердых рас­ творов. Линии ликвидуса и со'лпдуса вСэтпх системах

68

(кроме системы медь — золото) постоянно понижаются по мере увеличения содержания меди или серебра. В си­ стемах медь — платина и медь — палладии зафиксирован распад твердого раствора. Ограниченная растворимость наблюдается в системах медь — родий, медь —иридий, серебро — платина, серебро — родий и серебро — иридий. Тем более не образуется непрерывных твердых раство­ ров в системах медь — рутений и серебро — рутений вследствие разности кристаллических структур сплавляе­ мых металлов.

Растворимость водорода в платине, родин и рутении весьма ограничена. В золоте водород вообще нераство­ рим. С палладием водород образует a-твердый раствор с ГЦК-решеткой, период которой возрастает с увеличе­ нием концентрации водорода д о ~ 5 ат.%. В интервале концентраций от —5 до ~33 ат. % водорода имеется двухфазная область, правее которой образуется ß-твер- дый раствор с периодом ГЦК-решетки, возрастающим по мере увеличения содержания водорода.

Взаимодействие платиновых металлов и золота с элементами второй группы периодической системы

Элементы второй группы периодической системы, вы­ ступающие как примеси в платиновых сплавах, — маг­ ний, цинк и барий (см. табл. 4) ограничено растворяются в платиновых металлах (рис. 26). Это закономерно, так как магний, цинк и барий отличаются от большинства платиновых металлов типом кристаллической решетки (магний и цинк имеют ГПУ-решетку, барий — ОЦК-ре- шетку) или большой, разностью в атомных диаметрах. Диаграмма состояния магний—палладий имеет сложный вид. При эвтектической температуре ~1280°С в палла­ дии растворяется~20 ат.% (6 вес.%) магния. С магние­ вой стороны также имеется эвтектика с температурой плавления ~540°С. При этой температуре в магнии может раствориться лишь 0,21 ат. % (1 вес. %) палла­ дия. В системе протекают перитектические реакции и об­ разуются.химические соединения. Во всех случаях добав­ ка магния к палладию довольно сильно снижает его температуру плавления. Растворимость компонентов в системе магний — золото ограничена. Особенностью этой системы является образование соединения MgAu с тем­

70