Твердые растворы

Сплавы металлов

В природе чаще всего используются сплавы, а не чистые металлы. Сплавы обычно имеют более высокие механические и тех­нологические свойства. Они имеют различные строения: I) ме­ханических смесей и 2) твердых растворов.

Механические смеси образуются в том случае, если разнородные атомы двух метал­лов или металлов с неметаллами не могут войти в общую кристаллическую решётку (рис.1.3). Они хорошо просматриваются в микроскоп.

Рис.1.2. Известные строения наноматериалов.

1. Фуллерен C-60 (0,67 nm) 2. Фуллерен C-70 (o,69 nm) 3. Однослойные углеродные нанотрубки (диаметр 1 nm, длиной до 200 nm) 4. Многослойные углеродные нанотрубки (диаметр 6-60 nm) 5. Астралены (средний размер – 45 nm)

Кристаллам каждого металла, находящимся в сплаве, присущи те же свойства, что и чистому металлу.

Рис.1.3. Схематический вид механических смесей

В твердом состоянии все металлы могут растворятся друг в друге, образуя единую кристаллическую решетку. Большинство металлов растворяется один в другом только до определенных пределов. Такой твердый раствор называют огра­ниченным. Некоторые пары металлов могут растворятся друг в друге при любом соотношении. Такие растворы называют неограниченными.

Твердые растворы имеют единую кристаллическую решетку. Существуют три типа твердых растворов:

1) твердый раствор замещения;

2) твердый раствор внедрения;

3) твердый раствор вычитания;

1. В твердом растворе замещения атомы растворенного металла замещают в узлах кристаллической решетки атомы основного металла (рис. 1.4).

Твердые растворы замещения образуют между собой те металлы, диаметры атомов которых не отличаются более чем на 15% и которые имеют сходную кристаллическую структуру (рис.1.5). Все легирующие элементы (например: хром, никель, кремний и др. кроме углерода, азота, бора и водорода) образуют твердые растворы замещения,

Рис. 1.4.Кристалическая решетка твердых растворов замещения

Рис. 1.5. Виды твердых растворов замещения; а) диаметр растворенного атома больше диаметра атома основного металла; б) диаметр растворенного атома меньше диаметра атома основного металла

2. В твердых растворах внедрения ионы растворенного элемента располагаются в междуузлиях кристаллической решетки.

Твердые растворы внедрения обычно образуют металлы с неметаллами. Причем отношение диаметра внедренного атома к диаметру атома растворителя менее 0,59. Такие растворы внедрения в железе образуют: углерод, бор,
азот, водород и др. Твердые растворы внедрения - растворы с
ограниченной растворимостью.

3. Твердые растворы вычитания образуются по принципу химических соединений как с металлами, так и неметаллами (рис.1.6).

Они образуются при строго определен­ных соотношениях входящих в них элементов, соответствующих нормальным валентностям. Атомы металлов здесь отдают свои валентные электроны неметаллам. Химические соединения двух металлов или металла с элементом, имеющим переходные свойства между металлом и неметаллом (интерметаллиды), обладают металлическими свойствами. Такие химические соединения образуют металлы, далеко отстоящие друг от друга в таблице периодической системы элементов Д. Менделеева. Интерметаллиды отличаются высокой твердостью и пониженной пластичностью.

Рис.1.6. Схема химического соединения FeO (вюстит)

Дата добавления: 2013-12-13