Сучасні уявлення про мікронеоднорідну будову металевих розплавів (огляд)

Анотація

УДК 669-154

Розглянуто питання про сучасні уявлення стосовно будови металічних розплавів у широкому температурно-концентраційному інтервалі. Представлено існуючі теорії та моделі їх мікронеоднорідної будови, а саме квазіхімічну, кластерну та колоїдну. Квазіхімічна теорія враховує упорядкування атомів в металевій рідині, тобто представляється, що вірогідність атомів 1-го та 2-го сорту на одному з двох сусідніх місць різні. В її основі лежать порівняння вірогідностей різних способів заповнення сусідніх місць. Кластер це мікроугрупування атомів, які зберігають визначений ближній порядок при взаємному їх розташуванні і які об’єднані загальним коливальним рухом всієї групи і в той же час наполовину зв’язаної в будь-який момент зі всією масою речовини в даному об’ємі. Елементи безпорядку в даній моделі металічних розплавів вносяться рухом активованих атомів, тепловими коливаннями та дифузійними зміщеннями кластерів, які пов’язані з рухом кластерів, періодичними утвореннями і захлопуваннями міжкластерних розривів та релаксаційними зміщеннями атомів у середині кластерів, які пов’язані з тепловими коливаннями. Колоїдна модель була сформульована для пояснення мікронеоднорідності евтектичних систем. Згідно цієї теорії мікронеоднорідність, яка спостерігається після плавлення зразка, обумовлена довготривалим існуванням в розплаві мікрообластей, які є спадком від хімічно неоднорідного вихідного виливка, який збагачений різними компонентами. Ці області розглядаються як дисперсні частинки, а саме розплав – як мікрогетерогенна система, що складається з дисперсної та дисперсіонної фаз. Мікрогетерогенний стан розплаву відрізнявся присутністю міжфазної поверхні, яка відокремлює включення від основного розплаву. Також в роботі наведено результати, які підтверджують той факт, що аморфні сплави в структурному відношенні є мікронеоднорідними. Оскільки ці системи формуються при швидкостях охолодження вихідного розплаву близько 106 0С/с, тому їх мікронеоднорідність пов’язують з будовою рідких металевих розчинів.

Список літератури

1. Френкель Я. И. Кинетическая теория жидкостей. М.: Наука, 1976. 592 с.
2. Баум Б. А. Металличекие жидкости. М.: Наука, 1979. 120 с.
3. Вилсон Д. Р. Структура жидких металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1972. 247 с.
4. Арсеньтьев П. П., Коледов Л. А. Металлические расплавы и их свойства. М.: Металлургия, 1976. 376 с.
5. Еланский Г. Н., Еланский Д. Г. Строение и свойства металлических расплавов. М.:МГВМИ, 2006. 228 с.
6. Уббелоде А. Расплавленное состояние вещества. М.: Металлургия, 1982. 375 с.
7. Калашников Е. В. О состоянии бинарной жидкой системы, имеющей точку евтектики. Журн. Физической химии. 1981. Т. 55, вып. 6. С. 1416–1425.
8. Калашников Е. В. Концентрационная нейстойчивость жидкого состяния бинарных металлических и полупроводниковых систем (эвтектические и другие системы). Ленинград. [60] с. (Препринт 1360. АН СССР: Физико-технический институт им. И.Ф. Иоффе).
9. Калошников Е. В. Термодинамически нейстойчивые состояния в эвтектических системах. Журнал технической физики. 1997. Т. 67, № 4. С. 7–12.
10. Попель П. С. Метастабильная микрогетерогенность расплавов в системах с эвтектикой и монотектикой и ее влияние на структуру сплава после затвердевания. Расплавы. 2005. № 1. С. 22–49.
11. Попель П. С. Фазовый перпеход или распад метастабильных агрегатов. Изв. вузов. Черная металлургия. 1985. № 5. С. 34–41.
12. Цепелев В. С., Канашков В. В., Баум Б. А. и др. Свойства металлических расплавов. Екатеренбург: УГТУ–УПИ, 2008, Ч. 1. 358 с.
13. Цепелев В. С., Канашков В. В., Баум Б. А. Свойства металлических расплавов. Екатеренбург: УГТУ–УПИ, 2008, Ч. 2. 383 с.
14. Ершов Г. С. Позняк Л. А. Микронеоднородность металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1985. 212 с.
15. Салпи И. В. Кристаллизация сплавов. Киев: Наукова думка, 1974. 239 с.
16. Кожуров В. А. Термодинамика металлургических шлаков: статистическая термодинамика ионных растворов и применение ее к металлургическим шлакам. Свердловск, Металургиздат, 1955. 164 с.
17. Вертман А. А., Самарин А. М. Методы исследования свойств металлических расплавов. М. Наука, 1969. 197 с.
18. Гельд П. В., Баум Б. А., Петрушевский М. С. Расплавы ферросплавного производства. М.: Металлургия, 1973, 288 с.
19. Блейкмор Дж. Физика твердого состояния: пер. с английс. М.: Металлургия, 1972, 488 с.
20. Ершов Г. С., Бычков Ю. Б. Физико-химические основы рационального легирования сталей и сплавов. М.: Металлургия, 1982. 376 с.
21. Попель С. И., Спиридонов М. А., Жукова Л. А. Атомное упорядочение в расплавленных и аморфных металлах по данным электроннографии. Екатернебург: УГТУ: УПИ, 1997. 384 с.
22. Клячко Ю. А. Опыт коллоидно-химического исследования металлов. М.: Из-во Академии им. К. Е. Ворошилова, 1935. 92 с.
23. Вертман А. А. Микрогетерогенность металлических расплавов и проблема регулирования свойств отливок. Физика и химия обработки материалов. 1967, № 3. С. 132–141.
24. Вертман А. А., Самарин А. М., Якобсон А. М. О строении жидких эвтектик. Известия АН СССР. ОТН. Металлургия и топливо. 1960, № 3. С. 17–21.
25. Залкин В. М. Природа эвтектических сплавов и эффект контактного плавления. М.: Металургия, 1987. 157 с.
26. Залкин В. М. О двух теориях начальной стадии контактного плавления. Расплавы. 2004. № 2. С. 93–95.
27. Залкин В. М. О микрогетерогенном строении эвтектических сплавов (растворов) в жидком состянии. Журнал физической химии. 2005. Т. 79. № 4. С. 763–765.
28. Попель П. С., Баум Б. А. Термодинамический анализ одной из причин металлургической наследственности. Известия АН СССР. Металлы. 1986. № 5 С. 47–51.
29. Попель П. С., Демина Е. Л. Анализ процесса взаимного растворения жидкостей с ограниченной смешиваемостью. Журнал физической химии. 1986. Т. 60, № 7. С. 1602–1606.
30. Баум Б. А. Металлические жидкости. М.: Металлургия, 1984, 208 с.
31. Brodova I. G., Popel P. S., Eskin G. I. Liquid Metal Processing: Applications to Aluminum alloys Production. Taylor Francis, London and New York.
32. Бродова И. Г., Попель П. С., Есин Е. О. и др. Морфологические особенности структуры и свойства заэвтектического силумина. Физика металлов и металловедение. 1998. 65. вып. 6, С. 1149–1154.
33. Lovas A., Hargital C. Crystallization kinetics of metallic glasses. J. Magn. Mat. 1980. V. 19, P. 168–173.
34. Цепелев В. С., Рыженко Б. В., Колотухин Э. В. / В сб.: Труды VI Всесоюзн. к-ции «Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов». Свердловск. 1986, С. 90.
35. Bengus V. Z., Tabachnikova E. D., Duhaj P. and Ocelik V. Low temperature mechanical properties of metallic glasses connection with structure. Materials Science and Engineering: A. 1997. V. 226–228, P. 823–832.
36. Manov V., Rubstein A., Voronel A., Popel P., Vereshagin A. Effect of melt temperature on the electrical resistivity and crystallization temperature of Al91La5Ni4 and Al91Ce5Ni4 amorphous alloys. Materials Science and Engineering: A. 1994. V. 179–180, P. 91–94.
37. Soifer L., Korin E. Effect of heating rate on crystallization kinetics of amorphous Al91La5Ni4 alloys by DSC. J. Thermal Analisis and Colorimetry. 1999. V. 56, P. 437–446.