Xreferat.com » Рефераты по химии » Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Дипломная работа

"Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов"


Введение


В группу медно-никелевых сплавов входят такие сплавы на основе меди, в которых никель является основным легирующим компонентом, оказывающим решающее влияние на свойства. В зависимости от содержания никеля и других легирующих компонентов, такие сплавы обладают различными физико-механическими характеристиками: прочностью, пластичностью, коррозионной стойкостью, жаропрочностью и жароупорностью и другими свойствами.

Медно-никелевые сплавы используются в различных областях промышленности, начиная от судостроения и заканчивая изготовлением деталей прецизионных механизмов. Очень часто изделия из медно-никелевых сплавов работают в агрессивных коррозивных средах: морской воде, парах воды и других газах.

Именно поэтому исследования коррозионного поведения медно-никелевых сплавов в различных условиях широко проводились и проводятся.

Целью данной работы является изучение термодинамики химической и электрохимической устойчивости мельхиоров МН19 и МНЖМц30–1–1.


1. Литературный обзор


1.1 Медно-никелевые сплавы


1.1.1 Классификация и общая характеристика медно-никелевых сплавов

Медно-никелевые сплавы по механическим, физико-химическим свойствам и областям применения можно условно разделить на следующие основные группы: конструкционные, термоэлектродные, сплавы сопротивления и сплавы с особыми свойствами [1].

В России маркировку сплавов проводят следующим образом:

Каждый элемент, входящий в сплав имеет своё собственное буквенное обозначение. Некоторые из них представлены в табл. 1.1.


Табл. 1.1. Буквенные обозначения некоторых элементов в России

Элемент Обозначение Элемент Обозначение
Zn Ц Pb С
Mn Мц Fe Ж
Al А Si К
Ni Н P Ф
Sn О Ti Т
Be Б Cr Х
Cu М

Название сплава состоит из букв элементов, входящих в него. Вначале ставятся буквы основных компонентов, определяющих свойства сплава, а затем буквы остальных компонентов в порядке уменьшения содержания этих элементов в сплаве. Среднее содержание элементов в сплаве указывается цифрами, разделёнными тире, сразу после буквенного обозначения сплава в том же порядке, в котором расположены буквы элементов в названии сплава. Содержание основного компонента не указывается, а рассчитывается как разность 100% и суммарного содержания всех легирующих компонентов.

Например, сплав МН10 содержит в своём составе 10% (по массе) никеля (Н), остальное – медь (М). Сплав МНЦС16–29–1,8 содержит в своём составе 16% никеля (Н), 29% цинка (Ц), 1,8% свинца (С), остальное – медь (М) [2].

К конструкционным сплавам относят мельхиоры, нейзильберы и некоторые другие сплавы. Их применяют для изготовления деталей с повышенными механическими и коррозионными свойствами (см. табл. 1.2.).


Табл. 1.2. Свойства и назначения некоторых конструкционных медно-никелевых сплавов

Название и марка сплава Типичные механические свойства Примерное назначение

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов


Мельхиор МН19 35 35 70 Медицинский инструмент, детали точной механики, изделия широкого потребления
Мельхиор МНЖМц30–1–1 38 45 70 Трубы для конденсаторов
Нейзильбер МНЦ15–20 40 45 70 Детали приборов точной механики, техническая посуда, художественные изделия, изделия широкого потребления

Мельхиоры содержат 20 – 30% никеля и часто дополнительно легируются железом и марганцем. Нейзильберы относятся к тройной системе Cu – Ni – Zn и содержат 5 – 35% никеля и 13 – 45% цинка [3].

Также в группу конструкционных сплавов входят нейзильбер МНЦС16–29–1,8, используемый в производстве деталей часовых механизмов, куниали МНА6–1,5 и МНА13–3, из которых изготовляют детали повышенной прочности и пружины ответственного назначения, сплавы МН5 и МНЖ5–1, используемые в производстве прутьев и труб и другие сплавы.

Важнейшими представителями термоэлектродных сплавов являются хромель, алюмель, копель и сплавы для компенсационных проводов. Эти сплавы отличаются большой электродвижущей силой и высоким удельным электросопротивлением при малом температурном коэффициенте электросопротивления. Применяются они для изготовления прецизионных приборов, термопар и компенсационных проводов к ним.

Например, копель (МНМц43–0,5) применяют для создания радиотехнических приборов и в пирометрии, сплав МН0,6 – как компенсационные провода к платино-платинородиевым термопарам, а сплав МН16 – как компенсационные провода к платино-золотым и палладий-платинородиевым термопарам.

Наконец, к группе сплавов сопротивления и сплавов с особыми свойствами относятся сплавы, обладающие высокой жаропрочностью и жароупорностью и применяющиеся для изготовления разного рода электронагревательных приборов и электропечей.

Например, константан (МНМц40–1,5) применяется для производства реостатов, термопар, нагревательных приборов, работающих при температурах до 500оС. Манганин (МНМц3–12) используется в производстве электроизмерительных приборов и приборов электросопротивления, работающих при температурах ниже 100оС [1].


1.1.2 Влияние примесей на свойства медно-никелевых сплавов

Добавки других элементов в медно-никелевые сплавы в качестве легирующих компонентов или их присутствие в качестве примесей существенно влияет на механические, технологические и физико-химические свойства этих сплавов.

Алюминий значительно растворяется, как в меди, так и в никеле. Его часто добавляют в сплавы как раскислитель и дегазатор. Добавки алюминия несколько увеличивают прочность и пластичность, но не влияют на электропроводность и термоэдс. Также они понижают температуру магнитных превращений.

Железо значительно облегчает процессы обработки сплавов, однако значительно понижает их жаропрочность и термоэдс. Поэтому примеси железа в термоэлектродных сплавах и сплавах сопротивления нежелательны. Однако добавки железа к мельхиорам повышают их стойкость против ударной коррозии.

Кремний ограниченно растворим как в никеле, так и в меди и иногда применяется в качестве раскислителя. Кремний снижает пластичность сплавов, вызывая брак по трещинам при обработке давлением. На термоэлектродные сплавы кремний влияет отрицательно, и его содержание не должно превышать 0,002%. В сплавах сопротивления кремния может быть не больше 0,1%.

Марганец положительно влияет на механические свойства и жаростойкость медно-никелевых сплавов. Кроме того, марганец является хорошим раскислителем, он парализует вредное влияние серы. Полезно добавлять марганец в мельхиоры, так как он устраняет хрупкость сплавов после отжига при наличии в них углерода.

Магний иногда применяется в качестве раскислителя и дегазатора. Также он парализует вредное влияние серы.

Цинк является одним из основных компонентов в нейзильберах. Однако он является вредной примесью в термоэлектродных сплавах и сплавах сопротивления из-за того, что легко испаряется.

Хром растворим в никеле в твёрдом состоянии, причём при нагревании растворимость повышается. Хром повышает электросопротивление и жаростойкость.

Сера является очень вредной примесью. При затвердевании её соединения с никелем выделяются по границам кристаллитов, придавая сплаву хрупкость. При содержании серы 0,01% сплавы легко разрушаются при обработке давлением. Вредное действие серы можно нейтрализовать, вводя в сплавы марганец, магний или литий.

Кислород также отрицательно влияет на медно-никелевые сплавы. Сплавы, содержащие кислород склонны к «водородной болезни». Кроме того, он придаёт сплавам хрупкость.

Углерод ничтожно мало растворим в медно-никелевых сплавах. При содержании никеля 30% растворимость углерода составляет всего лишь 0,045%. При содержании углерода выше предела растворимости, он выделяется в виде графита по границам кристаллитов, что способствует быстрому разрушению готовых изделий от интеркристаллитной коррозии.

Висмут и свинец – вредные примеси. При их содержании более 0,002% сплавы легко разрушаются при горячей обработки давлением. Свинец вводится лишь в нейзильбер МНЦС16–29–1,8 для улучшения его обрабатываемости резанием. Но этот сплав можно обрабатывать давлением только в холодном состоянии.

Сурьма и мышьяк – вредные примеси. Они резко ухудшают обрабатываемость сплавов давлением.

Фосфор и кадмий – вредные примеси, так как они резко снижают механические, физические и технологические свойства сплавов.

Добавки кальция, бора и циркония в количестве до 0,05 – 0,1% несколько увеличивают пластичность [1].


1.1.3 Характеристики мельхиоров МН19 и МНЖМц30–1–1

Мельхиор МН19 отличается высокой коррозионной стойкостью, высокими механическими свойствами, хорошо обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии. Листы и ленты из МН19 применяют для изготовления разменной монеты, медицинского инструмента, сеток, деталей в точной механике и химической промышленности, а так же для производства изделий широкого потребления.

Мельхиор МНЖМц30–1–1 обладает хорошими механическими свойствами, удовлетворительно обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии. Отличительной особенностью МНЖМц30–1–1 является его высокая коррозионная стойкость в пресной и морской воде и в парах воды. Поэтому он широко применяется в морском судостроении, главным образом, для изготовления конденсаторных труб, работающих в тяжёлых условиях при повышенных скоростях воды, давлениях и температурах, где медные и латунные трубы неприемлемы.

МНЖМц30–1–1 наиболее стоек (из всех известных сплавов) против ударной (струевой) коррозии. Однако даже он может разрушаться при очень больших скоростях воды (более 2 м/с) или в присутствии пузырьков воздуха или СО2.

Мельхиоры быстро корродируют в минеральных кислотах (особенно, в азотной), но незначительно – в органических. Мельхиоры стойки к атмосферной коррозии, сухие газы (галогены) также не действуют на них при комнатной температуре.

Щёлочи и щелочные растворы солей и органических соединений (CCl4, CHCl3) очень незначительно влияют на мельхиоры, однако в растворах аммиака и солей аммония скорость их коррозии возрастает.

В расплавленных металлах (Sn, Pb, Zn, Al, припои) мельхиоры быстро разрушаются.

Химический состав мельхиоров МН19 и МНЖМц30–1–1 по ГОСТ 492–73 представлен в табл. 1.3. Механические, физические и технологические свойства мельхиоров представлены в табл. 1.4. Скорости коррозии мельхиоров в различных средах приведены в табл. 1.5 [1].


Табл. 1.3. Химический состав мельхиоров МН19 и МНЖМц30–1–1 (по ГОСТ 492–73)

Химический состав Марка мельхиора

МН19 МНЖМц30–1–1
Компоненты, % Cu Ост. Ост.

Ni 18,0 – 20,0 29,0 – 33,0

Fe - 0,5 – 1,0

Mn - 0,5 – 1,0

Примеси, %,

не более

Si 0,15 0,15

Mg 0,01 -

Mn 0,01 -

Fe 0,3 -

Pb 0,005 0,05

S 0,01 0,01

C 0,05 0,05

P 0,010 0,006

Bi 0,002 -

As 0,010 -

Sb 0,005 -

Всего 0,6 0,4

Табл. 1.4. Механические, физические и технологические свойства мельхиоров МН19 и МНЖМц30–1–1

Свойство или

характеристика

Марка мельхиора

МН19

МНЖМц

30–1–1

Температура плавления, оС:

ликвидус 1190 1230
солидус 1130 1170

Плотность, Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

8,9 8,9

Теплопроводность, Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

при температуре, оС:



20 0,092 0,089
200 - 0,088

Температурный коэффициент

теплопроводности при 20 – 200оС

0,0028 0,00156

Коэффициент линейного расширения

при 25 – 300оС

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Удельное электросопротивление, Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

0,287 0,42

Температурный коэффициент

электросопротивления

0,0002 0,0012

Предел прочности при

растяжении Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов:



твёрдый 80 -
мягкий 40 39

Относительное удлинение Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов:



мягкий 35 23 – 28
твёрдый 5 4 – 9

Относительное сужение Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

76 50

Твёрдость НВ, Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов:



мягкий 70 60 – 70
твёрдый 128 100
Температура, оС:

литья 1280–1300 1330–1350
горячей прессовки 980 – 1030 900 – 960
отжига 600 – 780 780 – 810
рекристаллизации 420 450
Травитель 10 – 15% p-p H2SO4

Табл. 1.5. Скорости коррозии мельхиоров МН19 и МНЖМц30–1–1 в различных средах (скорость коррозии указана в мм/год для сред, помеченных * и в мм/сутки для сред, помеченных **)

Среда и температура, оС Скорость коррозии

МН19 МНЖМц 30–1–1
Атмосфера промышленных районов* - 0,0022 0,002
Атмосфера морская* - 0,001 0,0011
Атмосфера сельская* - 0,00035 0,00035
Пресная вода* - 0,03 0,03
Морская вода* - - 0,03–0,13
Паровой конденсат* - 0,1 0,08
То же, с 30% СО2* - - 0,3
Водяной пар* - - 0,0025
HNO3, 50%** - - 6,4
HCl, 2 н.** 25 - 2,3 – 7,6
HCl, 1%** 25 0,3 -
HCl, 10%** 25 0,8 -
H2SO4, 10%** - 0,1 0,08
H2SO3, нас.** - 2,6 2,5
HF, 38%** 110 0,9 0,9
HF, 98%** 30 0,05 0,05
HF, безводный** - 0,13 0,008
H3PO4, 8%** 20 0,58 0,5
CH3COOH, 8%** 20 0,028 0,025
Лимонная кислота, 5%** - 0,02 -
Молочная кислота, 5%** - 0,023 -
Винная кислота, 5%** - 0,019 -
Жирные кислоты, 60%** 100 0,066 0,06
NH3, 7%** 30 0,5 0,25
NaOH, 10 – 50%** 100 0,13 0,005

1.1.4 Коррозионное поведение медно-никелевых сплавов

Коррозионное поведение медно-никелевых сплавов в различных средах и при различных условиях широко изучается [4 – 8].

Хотя сплав МНЖМц30–1–1 проявляет повышенную коррозионную стойкость в морской воде, в некоторых случаях он подвержен локальной (питтинговой) коррозии, особенно если вода отличается от морской по содержанию хлорид- и сульфид-ионов (гавани, устья рек).

В работе [4] исследовалось коррозионное поведение МНЖМц30–1–1 в кислородсодержащих чистых растворах NaCl (0,1 – 0,5 н.) и с добавками Na2S методом поглощаемого коррозией кислорода. Скорость коррозии рассчитывалась, как сумма измеренных парциальных анодных скоростей растворения металлов. Кроме того, в работе вычислялся дифференциальный коэффициент селективного растворения никеля ZNi:


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (1.1),


где jNi, jCu – парциальные анодные скорости растворения меди и никеля, nNi, nCu – валентности растворённых ионов, Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов– исходные концентрации металлов в сплаве (ат.%). Величина ZNi>1 свидетельствует о преимущественном растворении никеля из сплава, а следовательно о поверхностном накоплении меди, величина ZNi<1 – о накоплении никеля.

Скорость коррозии МНЖМц30–1–1 в чистых растворах NaCl непрерывно снижается во времени, причём чем ниже концентрация соли, тем более значительным оказывается это уменьшение. В 0,5н. растворе в 2 первых часа коррозии на поверхности накапливается медь, а в дальнейшем – незначительно накапливается никель. В 0,25н. растворе за время всего опыта на поверхности накапливается медь.

То есть, снижение со временем скорости коррозии вызвано образованием на поверхности сплава защитной плёнки твёрдых продуктов коррозии. С уменьшением концентрации хлорида стойкость сплава повышается благодаря увеличению доли меди в этой плёнке.

В присутствии Na2S характер коррозионного поведения сплава изменяется. Вначале скорость коррозии с течением времени возрастает, а на поверхности в это время накапливается никель, но через 2 часа скорость коррозии начинает снижаться, а на поверхности накапливается медь.

В начальный период коррозии на поверхности образуется плёнка, обогащённая никелем и имеющая слабые защитные свойства. Со временем плёнка обогащается сульфидом меди, имеющим лучшие защитные свойства, что приводит к замедлению процесса коррозии. Увеличение концентрации сульфида натрия в растворе ускоряет этот процесс [4].

В работе [5] установлено, что легирование металла, приводящее к изменению состава и защитных свойств пассивационной плёнки повышает сопротивляемость сплава к питтингообразованию, только если в результате селективного растворения сплава на поверхности образуется соединение, стойкое к депассивации и понижающее электропроводность. Позитивную роль в повышении устойчивости металла при его легировании играет не увеличение толщины оксидной плёнки, а уменьшение её дефектности и электропроводности.

В некоторых условиях на поверхности сплавов выделяется водород, который, внедряясь в сплавы, заметно влияет на их электрохимические свойства. Причём, сплавы, содержащие более 60% меди при наводороживании образуют только α-фазу (твёрдый раствор внедрения), а сплавы с меньшим содержанием меди – две фазы: α- и β-фазу (гидрид сплава), причём чем меньше меди в сплаве, тем больше доля β-фазы.

При коррозии наводороженных сплавов происодит ионизация водорода из α-фаз или процесс распада β-фаз. При этом вместо селективного растворения никеля происходит селективное растворение меди [6 – 8].


1.2 Диаграмма состояния системы Cu – Ni


Диаграмма состояния медь – никель приведена на рис. 1.1.


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Рис. 1.1. Диаграмма состояния Cu – Ni.


В интервале температур 1000–1500 °С исследование проведено с использованием катодной Сu чистотой 99,99% (по массе) и электролитического Ni чистотой 99,95% (по массе) методом микрорентгеноспектрального анализа образцов, закаленных из твердожидкого состояния. Результаты работы хорошо совпадают с данными,

полученными методами термического, металлографического и микрорентгеноспектрального анализов в области концентраций 0–100% (ат.) Ni. Система Сu–Ni характеризуется образованием в процессе кристаллизации непрерывного ряда твердых растворов (Сu, Ni) с гранецентрированной кубической (далее – ГЦК) структурой. По данным спектрального анализа установлено равновесие Ж↔Г с азеотропным минимумом при температуре 2500 °С и концентрации 50 – 60%; (ат.) Ni; указывается на наличие области расслоения на две фазы (газообразный и жидкий растворы разного состава) при концентрации 60 – 100% (ат.) Ni. В интервале концентраций 0 – 60% (ат.) Ni область расслоения настолько узка, что практически вырождается в прямую линию.

Граница расслаивания твердого раствора и критическая точка несмешиваемости, соответствующая концентрации никеля 69,7% (ат.) и температуре 342 °С приведена на основании расчета, проведенного по термодинамическим константам [9].

При температурах ниже 342˚С раствор расслаивается на 2 фазы: α-фазу (твёрдый раствор на основе меди с ГЦК решёткой) и γ-фазу (твёрдый раствор на основе никеля с ГЦК решёткой).


1.3 Термодинамическое моделирование свойств твёрдых металлических растворов


Существует 2 способа описания термодинамических свойств растворов – с помощью активностей компонентов и с помощью избыточных термодинамических функций. Эти способы тесно связаны между собой.

Избыточная термодинамическая функция – это положительный или отрицательный избыток какого-либо термодинамического свойства реального раствора над тем же свойством гипотетического идеального раствора при одинаковых значениях параметров. Обозначают их верхними индексами Е.

Если в качестве стандартного состояния выбрать чистый компонент, и концентрации представлять в виде мольных долей, то для компонента s:


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (1.2)


Коэффициент активности Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов может быть выражен через соответствующий избыточный химический потенциал:

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (1.3)


Прологарифмировав (1.2) с учётом (1.3) получим:


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (1.4)


Таким образом, для определения активности необходимо знать избыточный химический потенциал (или избыточную энергию Гиббса), а для аналитического представления концентрационной и температурной зависимости термодинамических свойств растворов нужно знать соответствующую зависимость Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов или Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов.

Обычно для описания реальных растворов применяют модель идеального раствора, при этом Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов. Однако, в реальном растворе законы Рауля и Генри, а также равенства типа Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов(или Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов) выполняются только в чрезвычайно узких диапазонах концентраций при Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов→0, или Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов→1 (то есть в бесконечно разбавленных растворах).

Существует теория, включающая в себя понятия «идеальный» и «предельно разбавленный» растворы, как частные случаи. Это обобщённая теория «регулярных» растворов (далее – ОТРР). С её позиций области, в которых реальный раствор является регулярным (так называемые области «граничной регулярности») располагаются также по краям диапазона концентраций, но они существенно шире.

Регулярным называется модельный раствор, при образовании которого может выделяться или поглощаться теплота, но не изменяется объём, а энтропия смешения компонентов которого равна энтропии смешения идеальных газов.

Для регулярного раствора, состоящего из m компонентов, в рамках ОТРР выполняется соотношение:

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (1.5)


Здесь Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов- энергия смешения. Для идеального раствора Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов=0, а в областях граничной регулярности энергия смешения не зависит от мольных долей компонентов.

Если в Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавовотдельно выделить концентрационно зависимую составляющую и разложить её в ряд Тейлора, то получится уравнение:


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (1.6)


При этом каждое из слагаемых в правой части будет зависеть от температуры.

Как показывает математическая обработка экспериментальных данных, для бинарных растворов достаточно первых трёх параметров Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов, чтобы в большинстве случаев корректно аппроксимировать термодинамические функции смешения системы. При этом Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов имеет смысл энергии смешения компонентов i и j в растворе на основе компонента i, Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов – энергии смешения компонентов i и j в растворе на основе компонента j. Обе эти величины – это термодинамические характеристики областей граничной регулярности двойной системы. А Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов – это параметр, учитывающий отклонение от регулярности вне этих областей.

Установлено, что для бинарных металлических систем достаточно двух параметров, поэтому принято принимать Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов=0. С учётом этого, выражение для химического потенциала компонента s в растворе, содержащем m компонентов, запишется так:


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов

Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (1.7)


Формулы ОТРР позволяют успешно описывать термодинамические свойства металлических, неметаллических и смешанных систем [10].


1.4 Моделирование термодинамических свойств системы Cu – Ni


Условно обозначим медь, как компонент 1, а никель – как компонент 2.

Рассмотрим низкотемпературную часть диаграммы Cu – Ni (см. рис. 1.1.). Ниже линии солидуса образуется ряд непрерывных твёрдых растворов с решёткой ГЦК. Однако при температурах ниже 342 °С наблюдается купол расслаивания на твёрдый раствор на основе меди (обозначим его, как α-фазу) и твёрдый раствор на основе никеля (обозначим его, как γ-фазу). Внутри купола находится смесь этих фаз.

На границе купола α-фаза находится в равновесии с γ-фазой. Это можно записать следующими уравнениями:


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (1.8)


Для любого из компонентов 1 и 2 и в α- и в γ-фазе справедливо соотношение:


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (1.9)


Обе фазы имеют одинаковую структуру (ГЦК). Это можно объяснить высоким сродством меди и никеля. На диаграмме состояния (рис. 1.1.) видно, что сплав плавится конгруэнтно во всём диапазоне концентраций. Более того, линии ликвидуса и солидуса расположены очень близко друг к другу, то есть плавление происходит почти в изотермических условиях, как у чистого металла. Аналогично происходит и испарение сплава.

На основании этого можно записать, что:


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (1.10)


Тогда система (1.8) перепишется в виде:


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (1.11)


Обозначим через х мольные доли компонентов в α-фазе, а через N – мольные доли компонентов в γ-фазе, и учитывая условия нормировки их на единицу, можно систему уравнений (1.11) с учётом (1.4) и (1.7) переписать в следующем виде:


Термодинамика химической и электрохимической устойчивости медно-никелевых сплавов (1.12)


Координаты купола расслаивания при различных температурах сняты с диаграммы состояния Cu – Ni (рис. 1.1) и представлены в табл. 1.6.


Табл. 1.6. Координаты купола расслаивания твёрдого раствора при различных температурах

t, oC Состав α-фазы (Cu) Состав γ-фазы (Ni)

x1 x2 N1 N2
200 0,650 0,350 0,013 0,987
225 0,633 0,367 0,027 0,973
250 0,580 0,420 0,053 0,947
275 0,513 0,487 0,073 0,927
300 0,467 0,533 0,113 0,887
325 0,387 0,613 0,187 0,813
342 0,300 0,700 0,300 0,700

Для каждой из температур проведены вычисления значений энергий смешения. Результаты вычислений приведены

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: