05.11.2003
Металлическими сплавами называют растворы в жидком состоянии двух или более металлов с неметаллами, образующие при затвердевании механическую смесь, твердые растворы или химические соединения. Сплавы получают сплавлением двух или более компонентов. Компонентами называют химические элементы или их устойчивые соединения, образующие сплав. Например в сплаве свинца с сурьмой компонентами являются свинец и сурьма, а в сплавах железа с углеродом – железо и химическое соединение, образуемое им с углеродом, – Fe3C. В зависимости от числа компонентов сплавы разделяют на двухкомпонентные (двойные, или бинарные) и многокомпонентные: трехкомпонентные …
Компоненты, входящие в сплав взаимодействуют друг с другом в жидком и в твердом состоянии.
В жидком состоянии компоненты могут образовывать жидкие растворы с неограниченной или ограниченной растворимостью друг в друге или обладать полной нерастворимостью. Ограниченная растворимость жидком состоянии встречается редко и еще реже нерастворимость. При сплавлении такие металлы образуют два слоя внизу тяжелый метал а вверху легкий.
Первичная кристаллизация сплавов
При кристаллизации компоненты, входящие в сплав, могут образовать: 1) твердые растворы; 2)химические соединения; 3) механические смеси (состоящие из чистых компонентов, образуемых ими твердых растворов или химических соединений).
Процесс образования твердых растворов, химических соединений и механических смесей при переходе из жидкого состояния в твердое, называют первичной кристаллизацией сплавов, в отличие от вторичной, при которой процессы протекают в твердом состоянии. В большинстве сплавов при кристаллизации образуются твердые растворы.
Твердым раствором называют сплав, в котором атомы растворимого компонента размещаются в кристаллической решетке компонента–растворителя. При образовании твердых раствороов возможны два случая: когда растворителем является метал и когда растворителем является устойчивое химическое соединение между металламиили металлом и неметаллом. В зависимости от этого различают два типа твердых растворов: замещения, внедрения и вычитания. Если раствор образуется на основе металла можно получить либо раствор замещения либо внедрения. Если основой является химическое соединение, образуется твердый раствор вычитания. (не все узлы кристаллической решетки оказываются занятыми).
В растворах замещения атомы растворимого компонента замещают в кристаллической решетке атомы компонента–растворителя. Твердые растворы замещения образуются при сплавлении металла с металлом.
При образовании раствора замещения параметры решетки увеличиваются или уменьшаются в зависимости от размеров растворимого компонента в основном по правилу Вегарда (пропорционально концентрации).
В растворах внедрения атомы растворимого компонента внедряются в кристаллическую решетку компонента–растворителя, располагаясь в «пустотах» между узлами решетки.
Твердые растворы замещения могут быть с ограниченной и неограниченной растворимостью компонентов. В случае неограниченной растворимости сплавы представляют однородный твердый раствор при любой концентрации растворимого компонента. К ним относятся сплавы меди с никелем. Большинство сплавов меди с алюминием.
Твердые растворы с неограниченой раствоимостью могут быть упорядоченными и неупорядоченными. В упорядоченных растворах атомы растворимого компонента и атомы компонента – растворителя расположены в различных кристаллографических плоскостях решетки . Упорядоченный растворы называют также сверхструктурами из-за дополнительных линий (сверхструктурных) появляющихся на рентгенограмме твердого раствора. Такими сверхструктурами являются сплаву меди и золота. Твердые растворы с ограниченной растворимостью (включая и сплавы внедрения и вычитания) могут быть трех типов: с растворимостью уменьшающейся с понижением температуры, с не изменяющейся растворимостью с пониженем температуры и с увеличивающейся растворимостью с понижением температуры
Для образования растворов тех или иных типов необходимы определенные условия. Для получения растворов замещения с неограниченной растворимостью, требуется наличие у растворяемых компонентов одной формы кристаллических решеток и близость параметров решеток и близость расположения элементов в таблице Менделева. При отсутствии этих условий образуются растворыс ограниченной раствоимостью.
Для образования растворов внедрения необходимы чтобы атомы растворимого компонета были много меньше размеров атомов компонента-растворителя.