Процес кристалізації солі.

Як і при кристалізації металевого злитка, у процесі кристалізації каплі розчину солі спостерігається три структурні зони.

Побудова діаграм стану подвійних сплавів.

Властивості сплавів залежать від їх структури, яка змінюється із зміною хімічного складу і температури. Ці зміни можна прослідкувати на діаграмах стану сплавів.

Фазами називаються однорідні по хімічному складу, агрегатному стану і будові складові частини сплаву, відокремлені поверхнею розподілу від інших частин, які мають інший хімічний склад, агрегатний стан або кристалічну структуру. Сукупність фаз, які перебувають у стані рівноваги при певних зовнішніх (температура, тиск) і внутрішніх (концентрація) умовах, утворюють систему. Якщо зовнішні і внутрішні фактори системи урівноважені, то у ній зберігається незмінним число і склад фаз.

Рівноважний склад системи підпорядковується правилу фаз ГІБСА і виражається формулою:

С=К+п –Ф,

де С - число ступенів вільності (число змінних факторів рівноваги – концентрація, температура і тиск); К - число компонентів, які утворюють систему; п - число зовнішніх факторів рівноваги; Ф - число фаз, які перебувають у рівновазі.

У подвійній (бінарній) системі перебувати у рівновазі можуть максимум три фази, у потрійній - чотири і т.д.

При кристалізації сплавів атоми компонентів вступають у певні взаємодії, у результаті чого після затвердіння можуть утворюватися, як структурна складова – тверді розчини, хімічні з’єднання, механічні суміші.

Тверді розчини - сплави, які складаються з однієї фази змінного складу. При утворенні твердих розчинів зберігається кристалічна гратка одного з компонентів, а атоми розчиненого компоненту або заміщають частину атомів у вузлах кристалічної гратки, або розміщаються між ними.

Хімічні з’єднаннячастіше всього утворюються елементами, розміщеними далеко один від одного у таблиці Д.І.Мендєлєєва, тобто сильно відмінні по своїй будові та властивостях. Розміщення атомів компонентів у такій кристалічній гратці упорядковане, а сама гратка відрізняється від решти елементів, які сплавлялися у хімічні з’єднання, як правило, мають високу твердість і крихкість.

Механічні суміші утворюють метали, які мають різні типи кристалічних граток.

Побудову діаграм стану проводять за допомогою методу термічного аналізу, який є одним з головних фізико-хімічних методів металознавства. Він заснований на взаємозв’язку властивостей і фізико-хімічних змін, які відбуваються у металі (сплаві) при нагріванні (охолодженні). Мета термоаналізу – визначення температур, при яких можливі ті чи інші фізико-хімічні перетворення у сплаві. При фазових перетвореннях спостерігається термічний ефект (виділяється або поглинається тепло), на кривих охолодження утворюються зупинки (площадки), коли перетворення проходить при постійній температурі, або перегини, коли фазовий перехід проходить в інтервалі температур (рис.1.2). Точки на кривих охолодження, які відповідають температурам фазових перетворень, називаються критичними. На основі даних термічного аналізу будують діаграми стану. На осі абсцис (вісь концентрації) відкладають склад компонентів у сплаві, причому крайні точки відповідають чистим компонентам – 100 %А і 100 %В (рис. 1.3). На осі ординат відкладають температуру. Таким чином, будь-яка точка, (їх називають фігуративними точками системи), розміщена між ординатами, показує склад і температуру сплаву. Вертикальні лінії, проведені між ординатами діаграми називаються лініями фігуративних точок. На ці лінії наносять температури початку і завершення кристалізації сплавів, на осі ординат – температури кристалізації чистих металів. З’єднавши між собою точки початку і завершення кристалізації, одержують відповідно лінії ліквідус АСВ і солідус ЕСД.

Діаграми стану не дають точного уявлення про структуру сплаву, а характеризують лише рівновагу фаз при різній температурі. На формування структури впливає швидкість охолодження, дифузія компонентів.

Установка для визначення критичних точок металів і сплавів складається з електропечі, тигля з металом, термостата, гальванометра (або потенціометра), термопари. Замірювання температури здійснюється за допомогою термоелектричного пірометра (термопара і мілівольтметр, або гальванометр).

Термопара – два різнорідних провідники, два кінці якого зварені, а два інших приєднані до компенсаційних проводів або клем вимірювального приладу (“холодний” спай). Зварені кінці (“гарячий” спай) поміщають у вимірювальну зону. Прилад показує різницю термоелектрорухомих сил “гарячого” і “холодного” спаїв. Необхідно щоб температура “холодного” спаю була постійною.

Порядок виконання роботи.

1. Сплав системи Рb-Sb масою 150…200г поміщають у тигель, встановлений в електропіч і розплавляють з перегріванням у

50…70 ºС.

2. Для запобігання від окислення на поверхню розплавленого металу насипають шар товченого вугілля і закривають тигель кришкою або листовим азбестом.

Рис. 1.2. Криві охолодження Рис. 1.3. Діаграма стану

бінарних сплавів бінарного плаву

3. Через отвір у кришці помістити “гарячий” спай термопари у кварцеву трубку, яка розміщена в розплаві; “холодний” спай термопари бажано розмістити у термостаті.

4. Відключити пічку і через кожних 30 с записувати покази гальванометра у таблицю 1.1.

Таблиця 1.1

Температура, К	Склад сплаву, %						Примітка
	0	5	13	40	60	100
Початок кристалізації
Завершення кристалізації

5. Вимірювання проводити до температури на 100…200 ˚С нижче температури кристалізації.

6. По одержаних даних побудувати криві кристалізації у координатах “температура-час охолодження” і визначити критичні точки. Криві охолодження накреслити у масштабі: значення часу відкладається по осі абсцис, температури – по осі ординат.

7. Правильність побудови кривої охолодження перевірити за допомогою правила фаз і пояснити характер фазових перетворень, які відбуваються при охолодженні.

8. Визначивши критичні точки, побудувати діаграму стану сплавів

Рb-Sb.