VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

В работе [1] было описано появление жидкости в контакте эвтектических систем при температуре ниже температуры плавления наиболее легкоплавкого компонента, явление называемое в литературе контактным плавлением (КП) [2].

Изучение влияния различных внешних факторов на фазовые переходы в металлах и сплавах является одним из важнейших направлений физики межфазных явлений и физического материаловедения.

Данное сообщение посвящено изучению влияния постоянного электрического тока на кинетику КП в системе Sn-(50%Bi + 50%Cd) и влияния тока и магнитного поля на процесс формирования структур сплавов, находящихся в жидко-твердом состоянии [3]. Как показано в работах [4, 5], при прохождении тока через металлические расплавы в них возникают потоки ионов – электроперенос (ЭП) [6].

Сплавы, находящиеся в жидко-твердом состоянии могут быть удобными объектами для выявления влияния ЭП, т.к. кристаллики отделены друг от друга жидкой фазой и подвержены влиянию внешних факторов. При заданной температуре жидко-твердое состояние сплава является близким к равновесному. Структура такого сплава может быть чувствительной к внешним воздействиям и характеризовать эволюцию, происходящую в такой гетерофазной системе. Объектом исследования являлось изучение влияния ЭП на структурное состояние сплава 80% Bi + 20% (масс%) Cd.

Жидко-твердые сплавы можно получать методом КП в трех и более компонентных системах [7]. Жидко-твердыми являются также сплавы, находящиеся между линиями солидуса и ликвидуса диаграмм состояния рис.1. В данной работе использовался второй вариант.

 

Рис.1. Диаграмма состояния Bi-Cd (Т_ЭВТ = 144°С)

 

1. Влияние ЭП на кинетику КП в системе Bi-Cd-Sn.

По методике, изложенной в работе [2], была изучена кинетика КП в системе Bi-Cd-Sn при Т=110°С во временном интервале 1-24 часа при плотности тока j = 0,5 А/мм².

На рис.2 представлены зависимости протяженности контактных прослоек δ² в системе Bi-Cd-Sn от времени, обработанные на ЭВМ методом наименьших квадратов с помощью стандартных программ обработки экспериментальных данных.

 

Рис. 2. Зависимость 8²(т) для систем: Sn-(50% Bi+50%Cd);

1 - бестоковый вариант опыта;

2 – на олове отрицательная полярность;

3 - на олове положительная полярность

 

Как видно из рисунка, зависимость δ² от τ в бестоковом варианте опыта близка к линейному и подчиняется параболическому закону: δ~, что свидетельствует о диффузионном механизме роста прослойки.

Токовые варианты опытов существенно отличаются от бестоковых: кривая 1 – это случай замедления, а кривая 3 – случай, когда ток ускоряет процесс КП. Обе зависимости отличны от параболического хода, что говорит о нарушении диффузионности процесса.

Такие зависимости δ² (τ), видимо, объясняются сложным характером массопереноса в тройных системах при наличии ЭП: влияние ЭП на структуру жидкого состояния.

В определенной степени подтверждением сказанному могут являться результаты, описанные ниже.

2. Влияние электромагнитных воздействий на структуру жидко-твердых сплавов.

Методика проведения опытов по одновременному влиянию указанного электрического тока и продольного магнитного поля описана в работе [8].

На рис.3 приведены структуры сплава 80% Bi-20% Cd (масс%) при различных направлениях тока и бестоковом вариантах.

Рис. 3. Структуры сплавов 80 %Bi - 20% Cd (масс.%): а — исходный сплав; б-бестоковый вариант, в, г – j = 0.5А/мм²; Топ= 150 °С, τ =6 час; х15

На рис.4 приведены тоже структуры тех же сплавов при одновременном влиянии электрического тока и продольного магнитного поля.

Рис. 4. Структуры сплавов 80 %Bi - 20% Cd (масс.%): 1-бестоковый вариант, 2, 3 - j = 0.5А/мм²; Топ= 150 °С, τ =6 час; х15

Во-первых, видно (рис.3), что электромагнитное поле влияет на структуру сплавов: исходный сплав (рис.3а) отличается более однородным распределением частиц образца в то время, как в бестоковом варианте (сказалось время проведения опыта и гравитационные силы) появляются укрупненные участки; существенные отличия наблюдаются при разных направлениях тока: при «+» сверху – в верхней части образца появляются отдельные конгломераты, в то время как в нижней части образца идет измельчение структуры. Такая же картина наблюдается, когда на верхней части образца отрицательная полярность (изменилось направление тока): только теперь укрупнение структуры происходит в нижней части, а измельчение структуры в верхней части.

На рис.4 приведены структуры сплава 80% Bi-20% Cd, подвергнутые электромагнитной и термической обработке: ток проходил через образцы, помещенные внутрь солидуса (Н = 2·10³А/м).

Из рисунков видно, что продольное магнитное поле оказывает ориентирующее действие на структурные составляющие жидко-твердого сплава и его морфологию.

Заключение.

Постоянный электрический ток влияет на кинетику КП в трехкомпонентной системе Bi-Cd-Sn: при совпадении направления диффузионного потока под действием градиента концентрации с направлением ЭП – процесс КП ускоряется; в противоположном случае – процесс КП замедляется.

Электроперенос существенно влияет на структурообразование сплавов, находящихся в жидко-твердом состоянии.

Одновременное воздействие электрического тока и продольного магнитного поля влияет на структуру и морфологию сплавов, находящихся в жидко-твердом состоянии.

Литература.

1. Ахкубекова С.Н., Найда А.А. О взаимодействии разнородных металлов, приводящем к контактному плавлению. Современные наукоемкие технологии. ИД «Академия естествознания», №6, 2013. – С.46-48.

2. Ахкубеков А.А., Орквасов Т.А., Созаев В.А. Контактное плавление металлов и наноструктур на их основе. М.: ФИЗМАТЛИТ. – 2008 – 147с.

3. Бочвар А.А., Новиков И.И. О твердо-жидком состоянии сплавов разного состава в период их кристаллизации//Изв.АН СССР, ОТН.-1952.-№2.- С. 217-224.

4. Фикс Б.В. Ионная проводимость в металлах и полупроводниках (электроперенос).-М.:Наука, 1969.-296 с.

5. Белащенко Д.К. Явления переноса в жидких металлах и полупроводниках.- М.: Атомиздат, 1970. – 400с.

6. Михайлов В.А., Богданова Д.Д. Электроперенос в жидких металлах. Теория и приложения.-Новосибирс: Наука, 1978.-224с.

7. Рогов В.И., Ахкубеков А.А., Знаменский О.В., Мещанинов Б.А. Фазовый состав и структура контактных прослоек в трехкомпонентных системах//Изв.АН СССР, Металлы.-1980,№2.- С.174-178.

8. Ахкубекова А. А. Диффузия и электроперенос в низкоплавких металлических системах при контактном плавлении.Нальчик, КБГУ. 2001, 335с.

Код для цитирования: Скопировать