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

пературой плавления 1150 °С, т. е. выше, чем температу­ ра плавления чистых золота и магния. В то же время в широкой области составов как со стороны золота, так и со стороны магния, температуры плавления сплавов значительно ниже, чем чистого золота. В системе маг­ нии — платина со стороны платины образуется твердый

последнего образуется твердый раствор, который нахо­ дится в равновесии с соединением MgRh. Данных о си­ стеме магний — рутений не приводится. Убедительных доказательств о наличии растворимости в системе маг­ ний— иридий также не имеется.

Система цинк—платина характеризуется ограничен­ ной растворимостью компонентов и образованием про­ межуточных фаз. Также сложны диаграммы состояния систем цинк—палладий и цинк—золото; с увеличением содержания цинка температура плавления сплавов в этих системах значительно снижается. О растворимости цинка в родии, рутении и иридии имеется мало данных.

В справочниках, где приводятся диаграммы состоя­ ния, не сообщается о взаимной растворимости бария и благородных металлов. Однако известно, что в резуль­ тате взаимодействия бария с благородными металлами образуются химические соединения. Сравнительно не­ давно были опубликованы результаты исследования* систем барий—платина и барий—палладий (рис. 26,в,ж). Из диаграмм состояния этих систем следует, что барий практически ие растворяется в платине и палладии. Ха­ рактерной особенностью диаграммы состояния системы барий—платина является образование соединений с тем­ пературами плавления 1850 и 1820 °С, т. е. выше, чем чистой платины. В литом состоянии соединение PtsBa имеет очень высокую твердость (1000 кгс/мм2) по срав­ нению с чистой платиной (100 кгс/мм2). Барий является химически активным металлом, в платиновом сплаве он может связывать газовые и другие вредные примеси.

71

А

в е с . %

с Ж

Рис. 26. Диаграммы состояния элементов второй группы периоди­

тиновых сплавов при нагревании. Однако при этом нель­ зя исключать вероятность хрупкого разрушения метал­ ла вследствие локального скопления вредных примесей и образования хрупких химических соединений. К сожа­ лению, эти вопросы до последнего времени не изучены.

Взаимодействие платиновых металлов и золота с элементом третьей группы периодической системы — алюминием

Из элементов третьей группы алюминий является наиболее вероятной примесью в благородных металлах и их .сплавах. Несмотря иа то, что алюминий имеет ГЦК-решетку и атомный радиус его равен 1,37Â, при взаимодействии алюминия с платиной, палладием и зо­ лотом образуются только ограниченные твердые раство­ ры на основе благородных металлов. Системы алюми­ ний—платима, алюминий—палладий, алюминий—золото характеризуются наличием химических соединений (рис. 27), так же как системы алюминий—родий, алюми­ ний—рутений и алюминий—иридий, диаграммы состоя­ ния которых еще не построены.

Исследования системы алюминий—платина при кон­ центрации платины от 50 до 100 ат.% подтвердили су­ ществование твердых растворов при температурах вы-

73

а

Вес. %

Рис. 27. Диаграммы состоя­ ния алюминия с платиной, палладием и золотом (схе­ мы):

а — аліомннпіі— платина; 0 — алюминий — палладии; в — алю­

минии — золото.

В

tue 1200°C, содержащих 75—100 ат.% платины. В интер­ вале концентраций платины от 50 до 100 ат.% обнару­ жены соединения PtAl, Pt5Al3 и Pt3Al. При 53 ат. % пла­ тины имеется эвтектика, образуемая соединениями PtAl и PtäAl3. Важно отметить, что соединение PtäAl3 пла­ вится при 1800—20009С. Однако, из этого не следует, что примесь алюминия не ухудшает жаропрочности плати­ новых сплавов. В реальных сплавах мы имеем дело, как правило, с .твердым .раствором или эвтектикой с более низкой температурой плавления, чем у химического со­ единения, а концентрация алюминия в локальных зонах может быть такой (например, при 20 вес. %), что сплав будет плавиться при температуре ниже 1200°С. Нельзя также забывать, что химические соединения хрупки и мо­ гут придавать хрупкость сплаву.

Диаграмма состояния алюминий—палладий со сторо­ ны алюминия напоминает диаграмму системы алюми­ ний—платина. В палладии может растворяться

— 20% алюминия. В системе имеются химические соеди­

палладия. Сплавы, составы которых на диаграмме лежат правее и левее химических соединений, характеризуются сравнительно низкими температурами плавления.

По виду диаграмма состояния системы алюминий— золото близка к диаграммам состояния алюминия с палладием или платиной. Температуры плавления спла­ вов алюминий—золото относительно низки.

Взаимодействие платиновых металлов и золота с элементами четвертой группы периодической системы

Некоторые элементы четвертой группы периодической системы могут рассматриваться в качестве примесей в платиновых металлах и сплавах. К таким элементам от­ носятся углерод, кремний, титан, олово и свинец. Эти элементы, кроме свинца, отличаются от платиновых ме­ таллов типом кристаллической решетки и ограничено в них растворяются. Атомный радиус (1,74 Â) свинца, имеющего ГЦК-решетку, значительно отличается от атомных радиусов платиновых металлов (см. табл. 3). Поэтому свинец с платиновыми металлами также не да­ ет непрерывного ряда твердых растворов.

75

Углерод, растворяясь в расплавах платиновых метал­ лов, выделяется при их кристаллизации в форме гра­ фита. Растворимость углерода в жидких металлах со­

дом состоянии растворимость углерода в платиновых металлах весьма ограничена — от сотых до десятых до­ лей процента. Сплавы рассматриваемых металлов с уг­ леродом относят к эвтектическому типу. За счет образо­ вания эвтектик при взаимодействии с углеродом темпе­ ратура плавления платины понижается до~1735°С, палладия — д о ~ 1504°С, родия — до ~1694°С, руте­ ния— до ~ 1942°С и иридия — до ~2296°С. Установле­ но также, что в системах платина—углерод и рутений— углерод могут образовываться химические соединения типа карбидов. В результате взаимодействия платиновых металлов с углеродом их пластичность может снижаться.

Диаграммы состояния элементов четвертой группы периодической системы с платиновыми металлами и зо­ лотом показаны на рис. 28.

Диаграммы состояния систем кремний—платина, кремний—палладий относятся к эвтектическому типу. Образующиеся в системах химические соединения имеют температуру плавления ниже температуры плавления чистых компонентов. Эвтектические температуры в обеих

(0,2 вес.%). Растворимость компонентов в системе кремний—палладий ничтожно „мала, менее 0,1 ат.Со­ образующиеся легкоплавкие хрупкие химические соеди­ нения — силициды платины и палладия — особенно опасны при высокотемпературной эксплуатации сплавов этих металлов.

Образование силицидов наблюдается также при взаимодействии кремния с родием. Растворимость крем­ ния в родии в твердом состоянии не превышает 1,8 ат.% (0,5 вес.%). При 5,3 ат.% (1,5 вес.%) кремния сплав на основе родия представляет собой эвтектику с температу­ рой плавления ~ 1390°С.

Взаимодействие кремния с рутением приводит к об­ разованию силицидов и эвтектики. Растворимость крем-

76

то

а

Рис. 28. Диаграммы состояния элементов четвертой группы перио­ дической системы с платиновыми металлами и золотом (схемы):

а _ кремннП — платина; о — кремний — палладии; в — кремний — золото;

71

Вес. %

Рис. 28. Диаграммы состояния элементов четвертой группы пе­ риодической системы с платино­ выми металлами и золотом (схе­ мы):

к — свинец — золото; л — олово

— платина; м — олово — пал­ ладий;« — олово — родий; о—оло­ во — золото.

и