Главная > Разное > Диаграммы равновесия металлических систем
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

ГЛАВА 18. КОМПЛЕКСНЫЕ МЕТОДЫ

Описанные выше методы могут быть использованы для исследования металлов, имеющихся в достаточно больших количествах и не обнаруживающих значительных отклонений от обычных свойств. Однако известно много случаев, когда вследствие необычных характеристик, например: высокого давления пара, повышенной химической активности, несмешиваемости в жидком состоянии, редкости материала и т. д., необходимо применять специальные методы исследования.

В этой главе мы остановимся на методах исследования редких металлов, летучих металлов и металлов с низкой точкой плавления.

Методы исследования редких металлов

Для сплавов редких металлов, которые дают четкие остановки, объем слитков для снятия кривых охлаждения может быть уменьшен до меди). При этом надо иметь в виду, что проволока термопар и ее чехол должны быть достаточно тонкими, и скорость охлаждения необходимо поддерживать очень небольшой (1 град/мин). При работе в таком масштабе даже для сильно летучих металлов можно, тем не менее, комбинацией микроскопического и закалочного методов с приемлемой точностью получать точку ликвидус. Для этого сначала приготовляют цилиндрический слиток небольших размеров и отжигают его до равновесия при соответствующей температуре ниже солидуса. Отожженный слиток разрезают на несколько небольших образцов, которые помещают в огнеупорный материал, нагревают до выбранных повышающихся температур и закаливают. Закаленные образцы исследуют под микроскопом. При благоприятных условиях легко установить различие между сплавами, которые при температуре закалки были жидкими, и неполностью расплавленными сплавами.

Таким способом были определены точки ликвидус сплавов медь-германий [98], несмотря на то, что чистый германий явился редким элементом для обычного термического анализа. Предварительно отожженные образцы весом около были нагреты до последовательно повышающихся температур. Величина температурной ступеньки составляла 5°. Сплавы системы медь-германий не были химически активными. Поэтому образцы помещали непосредственно в кожух из алундового

цемента, просушенного при медленном нагреве до 600° в вакууме. Затем образец вместе с кожухом закупоривали в откаченную трубку из твердого стекла и нагревали до желаемой температуры.

Другой метод исследования заключается в следующем. Изучаемый образец закрепляют внутри чехла термопары из кварца или рекристаллизованного корундиза. При установке образца следует принять во внимание, что коэффициент расширения сплава больше, чем у огнеупорного чехла. Затем чехол откачивают или наполняют инертным газом.

Методы исследования летучих металлов

Когда сплавы содержат летучие при температуре ликвидуса компоненты, то ликвидус можно определить только с помощью герметически закрытой трубы.

Рис. 102. Установка для определения линии ликвидуса сплавов мышьяка: 1 — откаченная ампула из твердого стекла, в которой находится сплав; 2 — цемент, крепящий термопару; 3 — цилиндрическая труба, набитая песком; 4 — железная труба с песком (Мэнсюри)

Если сплав не слишком химически активен, то иногда можно получить точные результаты при запаивании компонентов сплава в откаченной стеклянной или кварцевой трубе, к которой снаружи прикреплена термопара. Так, в работе со сплавами мышьяка Мэнсюри [99] применил установку, показанную на рис. 102. Металлы, составляющие сплав, помещены в откаченную трубку 1 из твердого стекла, к которой цементом 2 прикреплена термопара. Трубка находится в песке внутри цилиндрической трубы 3, которая в свою очередь помещена в железную трубу 4, также наполненную песком. Установку нагревают в трубчатой печи, которая может совершать колебания для того, чтобы обеспечить хорошее перемешивание металла при плавлении и при охлаждении.

На описанном приборе были успешно исследованы сплавы мышьяка с таллием, оловом и сурьмой, содержащие до 80% и плавящиеся при температурах до 800°. При более высоких температурах стекло размягчается и раздувается. Однако в этих случаях иногда можно получить удовлетворительные

результаты при очень плотной набивке песком промежутка между стеклянной и железной трубами. Железная труба закрыта крышкой с винтами. Замена стекла кварцем дает возможность применять описываемый метод до 1000°. Установка Мэнсюри представляет собой усовершенствование прибора Вивиана [100], который исследовал сплавы олова и фосфора; другие простые разновидности этой установки не требуют объяснений.

Более сложные приборы этого типа были предложены Мюрфи [101] до работы со сплавами системы серебро—ртуть. Точка затвердевания серебра 960,8°. При этой температуре давление паров чистой ртути составляет около Для того чтобы предотвратить взрыв, сплав был соединен с кварцевой трубой, имеющей форму, показанную на рис. 103.

Рис. 103. Контейиер для термического анализа амальгам (контейнер помещается внутри закрытой стальной трубы) (Мюрфи)

В этой трубе находится конец чехла термопары; пространство над металлом было уменьшено введением небольшой герметически закрытой кварцевой ампулы. Все приспособление помещали в стальную бомбу, в которой с помощью азота, подаваемого из баллона, поддерживалось давление Для нагрева служила маленькая печь, находящаяся внутри бомбы; провода питания печи и проволока термопары проходили через один конец бомбы, в то время как на другом ее конце были смонтированы вентиль и манометр.

Следует отметить также работу Вайхманна [102], который на подобной установке исследовал систему марганец—фосфор до температуры 1326°.

Амальгамы

Определение линий ликвидуса и солидуса при температурах ниже 20° не представляет больших экспериментальных трудностей. В качестве охлаждающей среды обычно применяют смесь углекислоты и ацетона; эта смесь позволяет получать температуры до —78°. Рассмотрим два метода работы.

Метод Мюрфи [101] может быть применен только для исследования при комнатной температуре. Металл помещают во внутреннюю трубу стеклянного сосуда с двойными стенками. Зазор между ними частично наполняют ацетоном. Для того

чтобы снять кривую охлаждения, сосуд помещают в баллон-термос, наполненный смесью углекислоты и ацетона. Для снятия кривой нагрева сосуд сначала охлаждают до требуемой низкой температуры, помещая его в охлаждающую смесь, а затем переносят в пустой баллон, находящийся при комнатной температуре. Скорость нагрева или охлаждения можно регулировать изменением количества ацетона в зазоре между стенками контейнера. При работе с амальгамами температуру можно измерять железо-константановой термопарой, используя для защиты проволок только покрытие лаком.

Рис. 104. Градиентная печь для исследования амальгам:

1 — нагревательная обмотка; 2 — стальная труба; 3 — металлический кожух; 4— асбестовая прокладка; 5 — изоляция; 6 — сосуд-термос; 7 — смесь ацетона и углекислоты (Гэйлер)

Рис. 105. Устройство, предохраняющее от растрескивания контейнера, содержащего амальгамы, расширяющиеся при затвердевании

Гэйлер [103] описал применение градиентной печи для получения кривых нагрева и охлаждения для температур от точки затвердевания ртути до 200°. Очень равномерные температурные градиенты могут быть получены в печи, показанной на рис. 104. Амальгама герметически закрывается в кварцевой трубе, наполненной водородом, которая может быть поднята выше или опущена ниже печной трубы. Эта труба подобно трубам Мюрфи, имеет гнездо для конца чехла термопары, а свободный объем над сплавом также ограничен кварцевой ампулой. Для того чтобы предотвратить разрушение контейнера расширяющимися при затвердевании сплавами, применяют трубы конусообразной формы (рис. 105), Рассматриваемый метод допускает перемешивание исследуемого расплава.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление