CURSUL NR.4 ALIAJE METALICE

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "CURSUL NR.4 ALIAJE METALICE"

Ἰωσίας Πήγασος Κούνδουρος
5 χρόνια πριν
Προβολές:

1 CURSUL NR.4 ALIAJE METALICE Aliajele metalice unt compui formati din doua au mai multe elemente dintre care cel putin unul ete metal. Deoebirea dintre compuul chimic i aliaj cconta in aceea ca in timp ce compuul chimic ete tabil numai pentru proportiile componentilor care aigura toichiometria, aliajul ete tabil in orice in orice proportie a componentilor ai permia de particularitatile atomice ale acetora (raza atomica, electronegativitate), in conditii normale de preiune i temperatura. Metode de obtinere a aliajelor metalice Aliajul metalic poate fi obtinut prin unul din urmatoarele procedee de laborator:. olidificarea ametecului componentilor din faza lichida; daca viteza de olidificare ete mare, 0 6 K /, e obtin aliaje olide necritaline, vitroae au amorfe (dupa cum dimeniunea liniara a aranjamentului patial cu imetrie al atomilor, ete medie - µ m, au ete de ordinul ditantei interatomice- Å); daca viteza de olidificare ete mica, <0 6 K /, e obtin aliaje critaline, fara defecte; 2. coprecipitarea componentilor din olutii au topitura; 3. depunerea chimica a componentilor; 4. depunerea electrolitica a componentilor; 5. condenarea concomitenta a componentilor din faza de vapori; 6. difuzia atomilor unui component in reteaua celuilalt in faza olida; 7. tehnologia ceramica (aceet procedeu conta intr-o ucceiune de operatii de ametec mecanic al componentilor i tratamente termice dupa programe i in atmofera controlate); 8. prin tranmutatii nucleare ale atomilor unui component. In cele ce urmeaza vom conidera cazul particular al aliajului binar, AB, ccu formula A n B m, unde n i m reprezinta concentratiile procentuale (au molare) ale componentilor.

2 Obtinerea tarii metalice olide. Diagrame de faza Evolutia i tabilitatea itemele materiale precum ametecul componentilor unui aliaj in conditii externe date, e pot aprecia cu ajutorul diagramelor de faza (au de echilibru) care unt reprezentari geometrice ale valorilor potentialelor termodinamice cu care caracterizam itemul in functie de valorile parametrilor independenti in care aceta evolueaza. Utilizarea diagramelor de faza e bazeaza pe legea fazelor (au legea Gibb). Pentru a deduce aceata lege, conideram cazul general ai unui item format din componenti i care e poate gai in una din cele p faze, in functie de valorile parametrilor termodinamici independenti, in raport cu care e tudiaza tabilitatea itemului. Daca parametrii independenti unt preiunea P i temperatura T, atunci caracterizam itemul in evolutia a prin energia libera Gibb, definita ca potentialul chimic pe unitatea de maa. Conditia de echilibru e exprima prin egalitatea energiei libere Gibb pentru toate fazele, atfel incat putem crie urmatoarele (p-) ecuatii µ =... = µ =... = µ (p)... µ unde = µ = µ ( j) µ i (p) reprezinta energia libera Gibb a componentului i, in fazaj. Variabilele independente (necunocutele) acetui item unt concentratiile celor componenti, in cele p faze, in numar de p(-). Acete concentratii verifica relatia c i i = Numarul total de variabile independente ete dat de uma celor p(-) concentratii i 2(preiunea i temperatura). Numarul de parametri independenti f, de care va depinde tabilitatea itemului, e obtine cazand din numarul total de variabile independente, numarul de ecuatii (p-), i anume f = p( ) + 2 (p ) = p + 2 (3) In cazul particular al unui item binar, =2. In conditiile variatiei temperaturii (preiunea ramane practic contanta), itemul evolueaza intre doua faze, p=2 (olid i lichid). Legea fazelor conduce la f=2. Cei doi parametri independenti unt compozitia caracterizata prin

3 concentratia c i temperatura T. Potentialul termodinamic cu care e analizeaza evolutia itemului ete energia libera Gibb G = F(c,T). Pentru o compozitie fixa c, la o anumita temperatura T o ete mai tabila faza cu energia G = F(c,To ) cea mai mica. Pentru o temperatura fixa T, la o anumita compozitie c o ete mai tabila faza care are energia G = F(co,T) cea mai joaa. Pentru o compozitie fixa, dependenta de timp T(t) reprezinta curba de analiza termica. Cu ajutorul acetei dependente care e obtine experimental, e pun in evidenta i e caracterizeaza tranzitiile de faza care au loc in item cand variaza temperatura. Formarea tarii metalice In acet paragraf decriem cantitativ formarea tarii metalice olide prin olidificarea topiturii componentilor. In functie de viteza de racire, e obtin tarea olida critalina la racirea lenta, repectiv tarea olida amorfa la racirea bruca. Proceul de olidificare la racirea metalului topit, are loc la o temperatura caracteritica T, pua in evidenta pe curba de analiza termica (Fig.). Cu creterea temperaturii critalului, are loc fenomenul inver olidificarii, i anume topirea, la temperatura caracteritica T top. In general, datorita diferentei mari dintre caldura pecifica in tare olida i cea in tare lichida, i deci intre vitezele de variatie a temperaturii in cele doua faze, Ttop T, i anume T top < T, atfel incat in proceul de variatie a temperaturii in timp, e inregitreaza hiterezi. Proceul de formare a critalului metalic din faza lichida are doua etape:. germinarea care conta in aparitia unor grupari de atomi ai metalului, cu o tructura diferita de tructura locala din faza lichida, numite germeni omogeni, au a unor grupari de atomi ai metalului in jurul unui ion impuritate aflat in topitura, numite germeni heterogeni; 2. creterea critalului metalic care conta in aocierea de noi atomi de metal la uprafata germenilor formati, pana la epuizarea intregii topituri. Pentru a favoriza creterea, germenii trebuie a fie tabili in topitura. Aceata ineamna ca exita o dimeniune liniara limita de la care germenele poate contitui centru de critalizare. Aceata dimeniune critica e determina din conditia ca diferenta dintre energia libera

4 totala in tarea topiturii cu germeni i in cea a topiturii fara germeni, a fie minima in raport cu dimeniunea germenilor. Conideram cazul particular in care topitura are volumul de forma ferica, de raza r, uprafata S i teniune uperficiala σ ; in cazul in care e formeaza un ingur germene, volumul topiturii ete egal cu volumul germenelui, iar variatia energiei libere totale la formarea germenelui ete Ftot = V(Fgerm Ftop ) + σs = V F + σs 3 4πr (4) 2 = F + σ(4πr ) 3 In aceata expreie, F reprezinta variatia energiei libere pe unitatea de volum, F < 0, i ete o contanta pentru o topitura data, σ ete de aemenea o contanta, atfel incat F tot = f (r). Aceata dependenta ete prezentata in Fig.2. Pentru ca tarea finala (de germene)a fie tabila, trebuie indeplinita conditia F tot < 0. Din analiza graficului din Fig.2, e oberva ca aceata conditie ete indeplinita pentru dimeniuni liniare ale germenului r r c, rc fiind dimeniunea critica definita ca olutie a ecuatiei Ftot = 0 (5) r r= r c Tinand cont ca F < 0, e obtine ecuatia 2σ rc F = 0 (6) cu olutia 2σ r c = (7) F Pe de alta parte, F = U T S, U i S fiind diferenta de energie libera, repectiv de entropie, pe unitatea de volum, dintre cele doua faze. La temperatura de olidificare T, cele doua faze coexita, atfel F T = T 0. In aceata expreie, incat ( ) = T U S T T = UT = Q (caldura latenta de olidificare). Se obtine atfel ca pentru T= T, r c. Din punct de vedere fizic, acet rezultat exprima faptul ca germenele ete intabil, adica e formeaza i e ditruge

5 continuu. Pentru a e realiza creterea, trebuie ca olutia cu germeni a fie mentinuta la o temperatura T r < T, numita temperatura de ubracire, la care unt indeplinite conditiile F 0 i F < 0. Fig. F tot 4πr 2 σ r c r Fig.2 (4π/3)r 3 F Fig.2

Σχετικά έγγραφα

Aplicaţii ale principiului I al termodinamicii la gazul ideal

Aplicaţii ale principiului I al termodinamicii la gazul ideal Principiul I al termodinamicii exprimă legea conservării şi energiei dintr-o formă în alta şi se exprimă prin relaţia: ΔUQ-L, unde: ΔU-variaţia