Дәріс. Металдардың құрылысын зерттеу әдiстерi

Металдар мен қорытпалардың iшкi құрылымын жай көзбен қарап немесе 30 есеге дейiн ұлғайтып қарап зерттеу әдiсiн макроталдау деп атайды.

Құрылымның қарусыз көзбен не лупаның көмегiмен аз ғана үлкейту арқылы көрiнiп, барлық бөлшектiң көлемi бойынша байқалатыны болуы мүмкiн бiртектi емес құрылым макроқұрылым деп аталады. Макроқұрылымдардың арнаулы үлгiлерде (жалтыратылған және қышқылмен өңделген) зерттей отырып, тұтастықтың бұзылуының – жарықтарды, кiшiрейген қуысты, газ кеуектерiн т.б., химиялық әртектiлiктiң (ликвацияны), қысыммен өңдеуден болатын әртектiлiктiң (ағыс фигурасын) сан алуын түрлерiн табуға болады.

Макроқұрылымды зерттеу - өзiнiң қарапайымдылығына қарамастан, материалдарды зерттеудiң өте бағалы және қажеттi тәсiлi. Металдың макроқұрылымы онда кесiп алынған макрошлиф немесе металдың сынығы бойынша зерттеледi. Макрошлифттiң құрылымын анықтау үшiн онын бетiн әр түрлi айқындағыш химиялық реактивтермен өңдейдi.

Материалдардың көпшiлiгi мөлшерi бiрнеше ангстремге (10^-8см) жететiн ұсақ кристалдардан (түйiршiктерден) тұрады. Металлографиялық микроскоп арқылы металдың құрылымын 50-ден 1500 есеге дейiн ұлғайтуға болады. Металдың микроқұрылымын зерттеу үшiн биiктiгi 15мм, диаметрi 10-15мм шамасындағы цилиндр немесе қыры 100мм текше формалы үлгi кесiп алынып, оның бiр бетi өңдеудiң әр түрлi әдiстерiн қолдану арқылы айна сияқты жарқырағанша өңделедi. Осылайша өңделген үлгi микрошлиф деп аталады.

Микрошлифтi микроскоппен зерттеу арқылы металдың құрамындағы металл емес қоспаларды (графит, сульфид, тотық т.б.) микрошлифтiң сапасын анықтайды. Микрошлифтiң құрылымдық құраушыларын анықтау үшiн оның тегiстелген бетiн химиялық реактивтермен өңдейдi, нәтижеде химиялық реактив металдың құрылымдық құраушыларының әрқайсысымен түрлi дәрежеде әрекеттесiп, оларды айқындайды. Химиялық реактив ретiнде әр түрлi қышқылдардың қоспасы, сiлтiлер мен қышқылдардың спирттегi немесе судағы ерiтiндiлерi қолданылады. Микроқұрылымдық талдауда 1000000 есеге дейiн ұлғайтатын электрондық микроскоптар да қолданылады. Казiргi кезде зерттеу жұмыстарында электрондық микроскопты қолдану зерттеу мүмкiндiгiн анағұрлым арттырып отыр.

Микроқұрылымды оптикалық (10^-5см-ге дейiн) немесе электрондық (4×10^-8см-ге дейiн) микроскоптардың көмегiмен ғана байқауға болады.

Микроскопиялық тәсiл түйiршiктердiң мөлшерi мен формасын, табиғаты әр түрлi түйiршiктердiң болуын және олардың тарала орналасуы мен салыстырмалы көлемдiк санын, шлакты қоспалар мен микроформасын, кристалдардың бағыталуын, арнаулы кристаллографилық белгiлердiң (қос сызық, сырғанау сызығы т.б.) болуын анықтауғы мүмкiндiк бередi. Толық көрсетiлмеген осы шамалы тiзiмнiң өзiнен микроскоптың көмегiмен алынатын деректердiң молдығы сипатталады.

Металдардың iшкi құрылымы термиялық талдау, дилатометрия, электр, магнит, ультрадыбыс әдiстерімен де зерттеледi.

Темiрдiң аллотропиялық өзгерiс температураларын оның көлемiнiң немесе ұзындығының өзгеруiне (дилатометрия әдiсi) немесе кедергiсiнiң өзгерiсiне (электр әдiсi) қарап анықтауға болады. Металдың iшкi құрылымының өзгерiсi оның магниттiк қасиетiн де өзгертедi. Олай болса, металдың магниттiк қасиетiнiң өзгеруiне қарай iшкi құрылымының өзгеруiн бiлуге болады. Бұл әдiстi металдардың iшкi құрылыммын зерттеудiң магниттiк әдiсi деп атайды.

Металдарды сынаудың магниттiк әдiсi (магниттiк дефектоскопия) оларды iшiндегi қуыстар, металл емес заттар мен сызаттарды анықтауға мүмкiндiк бередi.

Метадардың iшкi құрылымы ультрадыбыс әдiсiмен де зерттеледi. Бұл әдiс бойынша металл құрылымының түйiршiктерiнiң көлемi мен ондағы қуыс, сызат зерттеледі. Металл емес заттардың болуы сияқты кемiстiктердi анықтауға болады.

Кристалдардағы атомдардың және атомдардағы электрондардың таралу деңгейiндегi нәзiк құрылым дифракциялық тәсiлдермен (рентгенография, электроннография, нейтронография) зерттеледi. Кристалл атомдарының қысқа толқынды (10^-8-10^-10см) рентген сәулерiмен (немесе электрондар, нейтрондар толқындарымен) өзара әрекетке түсуі кезiнде алынған дифракциялық көрiнiстi талдай отырып, кристалл және аморф денелердiң атомдық құрылысы жайлы өте мол информация алуға болады. Рентгенқұрылымдық талдау арқылы металдардың атомдық құрылымын, кристалл торларының түрi мен параметрлерiн, фазалық құрамы мен сан алуан iшкi кемiстiктерiн анықтауға болады. Рентген дефектоскопы арқылы құйма және пiсiру жапсарларының әр түрлi кемiстiктерi анықталады.

Бұл тәсiлдер: кристалдың атом ұяшығының формасы мен мөлшерiн; кристалдың ұяшығы қанша атомнан тұратындығын және олардың қайда орналасқандығын; атомдардың орналасуындағы бұзылушылықтардың алуан түрiн; кристалдағы жекелеген атомдардың магниттiк сәттерiнiң бағытын атомдардың электрондық тығыздығының бөлiнуiн және т.б. атомдық құрылым мәселелерiн анықтауға мүмкiндiк бередi.

Жоғары да айтылғандар қазiргi заманғы эксперименттiк техниканың материалдар құрылымын кез келген деңгейде зерттеуге мүмкiндiк беретiндiгiн көрсетедi.