III. Сплавы с образованием интерметаллических соединений

При больших силах взаимодействия между атомами в жидком растворе компонентов возможно образование устойчивых интерметаллидов, которые могут рассматриваться как новые компоненты сплава. Данные сплавы неоднородны, состоят из кристаллов отдельных металлов, смешанных с кристаллами химических соединений металлов. На диаграмме появляются как максимумы, которые отвечают образованию химических соединений, так и минимумы, обусловленные образованием эвтектики.

Рассмотрим диаграмму плавкости системы с образованием химического соединения (см.рис. 4).

 

 

 

Рис. 4. Диаграмма плавкости системы с образованием химического соединения.

Возможные фазовые состояния в системе:

I область: кристаллизации вещества А при температуре плавления.

С = 1 + 1 - 2 = 0

II область: кристаллизация вещества А из жидкого раствора А + АВ

С = 2 + 1 - 2 = 1

III область: эвтектическое состояние: (тв.А; тв.АВ; жидкий раствор А + АВ)

С = 2 + 1 - 3 = 0

IV область: кристаллизации АВ из жидкого раствора А + АВ

С = 2 + 1 - 2 = 1

V область: кристаллизация АВ при температуре плавления АВ:

С = 1 + 1 - 2 = 0

VI область: кристаллизация АВ из жидкого раствора В + АВ:

С = 2 + 1 - 2 = 1

VII область: эвтектическое состояние (тв.В, тв.АВ, жидкий раствор В + АВ):

С = 2 + 1 - 3 = 0

VIII область: кристаллизация вещества В из жидкого раствора В + АВ:

С = 2+ 1 - 2 = 1

IX область: кристаллизация вещества В при температуре плавления.

С = 1 + 1 - 2 = 1

 

Кристаллические структуры интерметаллидов, как правило, непохожи на структуры индивидуальных компонентов. Свойства химических соединений существенно отличаются от свойств исходных металлов. Они характеризуются меньшими значениями теплопроводности и электрической проводимости, чем образующие их компоненты. Некоторые интерметаллиды являются даже полупроводниками. Интерметаллиды характеризуются хрупкостью, но становятся пластичными при температурах, близких к температурам плавления. Многие из них имеют высокую химическую стойкость.

Реальные диаграммы плавкости, используемые для выбора промышленных сплавов, гораздо сложнее и представляют собой сочетание рассмотренных нами диаграмм плавкости.

Свойства сплавов значительно отличаются от свойств чистых металлов. Например, железо хорошо растворимо, а его сплав с хромом и никелем (нержавеющая сталь) – устойчив в разбавленной серной кислоте.

Температура плавления сплавов очень часто бывает ниже температуры плавления наиболее легкоплавкой составной части сплава. Например, сплав, состоящий из свинца (4части), олова (2части), висмута (6частей) и кадмия (1часть), плавится около 75⁰С, а температура плавления самого легкоплавкого из четырех названных металлов – олова – равна 232⁰С.

Наоборот, твердость сплавов обычно больше твердости их составных частей, особенно если при сплавлении образуются химические соединения. Очень большой твердостью обладают сплавы, содержащие твердые растворы.

Все эти свойства часто делают сплавы более ценным материалом, чем те металлы, из которых они состоят. Поэтому в промышленности металлы большей частью используются в виде различных сплавов.