Материал: Теория литейных процессов

Р и с. 7 .5 . З ав и си м ость стан дартн ы х св обод н ы х эн ергий образовани я окислов

м етал л ов о т тем п ературы

Взаимодействие жидких сплавов с кислородом происходит более сложно и приводит к различным результатам в зависимости от основы сплава и легирующих компонентов:

- сплавы на основе легкоплавких металлов при любых легирующих компонентах ведут себя с кислородом подобно чистым металлам-основам, т. е. при соприкосновении таких расплавов с газовой средой, содержащей кислород, на поверхности расплава возникает пленка нерастворимых оксидов, состав которых определяется условием наименьшего значения AG реакций образования свободных оксидов, их соединений или растворов между собой;

-оставшаяся часть кислорода растворяется в расплаве; при избытке кислорода появляется свободный жидкий или твердый оксид менее благородного металла из числа содержащихся в сплаве;

-при кристаллизации этих сплавов не выделяется кислород в свободном виде; кислород из жидкого раствора переходит в оксидную фазу по эвтектической реакции (рис. 7.6, б);

-сплавы на основе меди и серебра с металлами, обладающими большим сродством к кислороду (Sn, Zn, Al, Si и др.), при взаимодействии с кислородом почти не способны растворять его; подобные расплавы очень быстро насыщаются кислородом и затем покрываются пленкой нерастворимых оксидов, которые состоят из соединений более активного по отношению к этому газу металла; в результате расплав загрязняется неметаллическими включениями оксидного характера.

Для оценки взаимодействия жидких сплавов с кислородом необходимо учитывать изменение активности кислорода в растворе через параметры взаимодействия.

Взаимодействие с молекулярным азотом. С ним жидкие металлы взаимодействуют с малой активностью, что обусловлено очень незначительной величиной константы диссоциации молекулярного азота. При наличии атомарного азота взаимодействие сильно ускоряется.

Взаимодействие жидких металлов с азотом отражено в приведенном ниже ряду, где металлы расположены по возрастанию температуры плавления.

Практическое отсутствие растворимости газа в расплаве отмечено знаком «-», а возможность растворения в заметных количествах - знаком «+».

Как видно, в легкоплавких металлах от олова до меди включительно азот не растворяется. Для них азот - нейтральный газ. Некоторая особенность во взаимодействии с азотом имеется у магния и алюминия.

Эти металлы способны реагировать с азотом с образованием нерастворимых в расплаве твердых нитритов Mg3N2 и A1N. В более тугоплавких металлах, начиная с марганца, азот растворяется.

Сплавы на основе легкоплавких металлов при обычных температурах плавки не реагируют с азотом и не растворяют его подобно чистым металлам - основам. Введение элементов, способных в большей мере поглощать азот, чем основа, увеличивает растворимость азота в расплаве.

Сплавы на основе тугоплавких металлов IV-VI групп периодической системы Д. И. Менделеева взаимодействуют с азотом практически как чистые металлы-основы (рис. 7.7).

боо* т о*

Т

Рис. 7.7. Температурная зависим ость парциальных давлений азота

для м еталло-нитридны х систем

7.3.Взаимодействие жидких металлов со сложными газами

Ватмосфере плавильных печей могут находиться следующие сложные газы: пары воды (Н20), оксиды углерода (СО и С02), сернистый газ (S02), метан (СН4).

Во всех случаях взаимодействия сложных газов с жидкими металлами происходит разрушение молекул газа с образованием свободных атомов и возникновением растворов одного или обоих этих элементов в жидком металле.

В табл. 7.6 приведены обобщенные данные о растворении газов и газообразующих элементов в жидких металлах.

Таблица 7.6

Возможность образования растворов газов и газообразующих элементов в э/сидких металлах

П р и м е ч а н и я: 1. Металлы в таблице расположены по возрастанию температуры плавления. 2. Знак «-» указывает на практически незначимую растворимость элемента в жидком металле. Знаком «+» отмечена практически значимая растворимость. 3. Растворимость водорода в жидких металлах 6-й группы (хром, молибден, вольфрам) весьма незначительна. 4. При температуре выше 700 °С в олове, висмуте и свинце растворимость кислорода повышается до заметной величины.

Пары воды. Из табл. 7.6 можно видеть, что легкоплавкие металлы до цинка включительно не растворяют в себе ни кислород, ни водород. Следовательно, эти металлы в жидком состоянии будут окисляться парами воды и покрываться пленкой нерастворимых оксидов. Освобождающийся водород будет уходить в атмосферу.