Диаграммы плавкости
Диаграмма плавкости – это графическое изображение, показывающее область существования равновесных фаз в зависимости от температур и концентрации при постоянном давлении.
Абсолютно каждая диаграмма плавкости является графиком, в котором ось ординат - температура, ось абсцисс - химический состав. Диаграммы плавкости получаются при каком-либо значении постоянного давления. Температура выражается в Цельсиях или Кельвинах. Представим систему, которая образована двумя компонентами А и В. Из-за того, что в бинарной системе концентрация компонентов связаны между собой выражением: NA + NB = 1, то получается, что на оси абсцисс указывается содержание какого-либо одного компонента, как правило компонента В. Пример диаграммы плавкости А-В представлен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Диаграмма плавкости. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
На левой стороне представленной диаграммы плавкости отображены характеристики, соответствующие концентрации В, равное - NB = 0, то есть чистому веществу А. На рассматриваемом рисунке на данную ось нанесена температура при которой кристаллизуется вещество А. Таким образом, соответственно, на правой оси диаграммы отображена температура кристаллизации вещества В. Любая точка, находящаяся между этими осями, соответствует системе с обоими компонентами. Состав системы определяется по оси состава.
В зависимости от природы, температуры и концентрации веществ между компонента А и В возможно существование различных равновесных систем, таких как:
Все поле диаграммы плавкости делится на области, каждая из которых соответствует равновесному сосуществованию определенных фаз, а также их сочетанию, чьи обозначения, как правило, записываются в соответствующей области. Коннодой на диаграммах состояния двух компонентов являются прямые, которые проведены параллельно оси состава (изотермы). Перпендикуляр, который опущен из любой точки диаграммы на ось состава или же восстановленный к ней из точки данной оси - вертикаль состава, по которой определяется состава в любой точке рассматриваемой диаграммы. Линия, которая выражает зависимость температуры от концентрации называется ликвидус.
Линия ликвидуса – это линия на диаграмме плавкости, выше которой существует только жидкая фаза.
То есть ликвидус отображается зависимость температуры от состава жидкой фазы:
$Т = f(NBж)$
Линия солидуса является линией диаграммы, ниже которой жидкая фаза не может существовать. В некоторых случаях линией солидуса показывают зависимость концентрации твердой фазы от температуры системы равновесия. Для системы с нерастворимостью веществ в твердом виде линия зависимости состава твердой фазы от температуры совпадает с осью ординат, а линия, ниже которой не может существовать жидкая фаза, проходит горизонтально через точку эвтектики, то есть определения линий солидуса не совпадают
Термический анализ. Кривые охлаждения.
Если в качестве свойств берется температура плавления исходных сплавов, то можно получить диаграмму плавкости данной системы двух компонентов, при этом ее вид будет отличаться для каждого случая взаимодействия компонентов. Чтобы определить температуру плавления используется метод термического анализа. Этот метод заключается в снятии кривых охлаждения и нагревания сплавов в координатах температура-время. Пример таких кривых изображен на рисунке ниже.
Рисунок 2. Кривые охлаждения и нагревания. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: 1 - чистый компонент; 2 - двухкомпонентный расплав, который отличается от эвтектической смеси по концентрации; 3 - двухкомпонентный расплав, чей состав совпадает с составом эвтектической смеси.
Если охладить чистый компонент, то зависимость температуры от времени отображается кривой охлаждения 1. Участок ав соответствует равномерному снижению температуры расплава. После этого начинается процесс кристаллизации, до тех пор, пока жидкость не затвердеет, температура в данном случае постоянна. Затем твердый компонент охлаждается - участок cd. Кривая 2 характеризует кристаллизацию двухкомпонентного расплава, который заканчивается эвтектическим превращением.
Снижение температуры от а до в равномерно. Потом из расплава выделяются кристаллы одного из компонентов. Из-за того, что температура отвердения раствора ниже, чем у чистого растворителя, то произойдет это ниже точки затвердевания чистого компонента, при этом состав жидкости меняется, так снижается температура затвердевания. Крутизна линии с точки в уменьшается, потому что выделяющаяся теплота замедляет темп охлаждения. В точке с жидкость становится насыщенной относительно прочих компонентов. Начинается одновременная кристаллизация, а температура остается постоянной. Таким образом кристаллизация жидкости растягивается на температурный интервал, который значительнее в том случае, когда состав расплава ближе к составу чистого вещества.
Если увеличивать в расплаве долю второго компонента, то можно дойти до таких концентраций, когда жидкость будет насыщенной обоими компонентами в момент начала твердения - кривая 3. Происходит кристаллизация сразу всей смеси компонентов при постоянной температуре, следовательно, кривая охлаждения как и для чистого компонента. На основании кривых охлаждения строится диаграмма плавкости, посредством переноса с них точек температурных остановок и изменения скорости охлаждения.
