» » Экспериментальные исследования переноса металлов
11.01.2015

Наиболее широкое исследование изотермического переноса металлов провели Ковингтон и Вульф. Было изучено поведение некоторых твердых металлов при совместном их погружении в жидкий висмут, свинец или олово. Испытания проводились в ампулах из инертного по отношению к исследуемым металлам стекла. Жидкий металл подвергался фильтрации. Продолжительность испытаний 96 ч при температуре 500° С.
Для исследования изотермического переноса массы все металлы были разбиты на две группы. В одну группу входили «нерастворимые» металлы, к которым были отнесены металлы с растворимостью менее 0,005 вес.%, во вторую — «растворимые» металлы, т. е. с растворимостью больше 0,005 вес.%. Комбинации по два металла из этих групп и подвергались испытаниям в жидкометаллических средах. В табл. 10 приводятся результаты испытаний в жидком висмуте.
Экспериментальные исследования переноса металлов

Из данных табл. 10 следует, что в жидком висмуте наблюдались следующие три вида взаимодействия металлов:
1. Образование слоя интерметаллического соединения на поверхности нерастворимого металла. К этой группе относятся системы: Al—Fe, Al—Cr, Al—Mo, Co—Mo, Co—Nb, Co—Ta. Обнаружены интерметаллические соединения: Fe2Al5, Al3Mo, Al5Mo и Al12Mo; остальные не были идентифицированы.
2. Образование слоя твердого раствора в системах Ni—Fe, Co—Fe.
3. Интенсивное растворение твердого металла, который в чистом жидком металле практически нерастворим. Этот эффект наблюдался в системах Cu—Nb, Ti—Fe, Zn—Fe. Результаты испытаний в жидком свинце и олове помещены в табл. 11.
Экспериментальные исследования переноса металлов

В свинце и олове наблюдалось два вида взаимодействия исследованных материалов.
1. Образование интерметаллических соединений в системах: Al—Fe, Al—Mo, Zn—Fe, Zn—Mo. Идентифицированы соединения: Fe2Al5 и Al3Mo.
2. Образование твердого раствора в системе Ni—Fe. Кроме испытаний, результаты которых включены в табл. 10 и 11, проводилась также проверка взаимодействия различных пар металлов, каждый из которых растворим в жидкометаллической среде. Исследовались попарно Al, Cu, Ni и U в жидком висмуте. Установлено, что все пары образуют по крайней мере одно интерметаллическое соединение, за исключением Cu—Ni, которая образует твердые растворы.
Таким образом, работа показывает, что результатом протекания изотермического переноса массы является обычно эффект, который следует ожидать на основании данных металловедческих исследований диаграмм состояния. Несоответствие заключается лишь в отсутствии в некоторых случаях переноса массы, хотя он должен быть, если исходить из металловедческих данных. По-видимому, основная причина этого — кинетический фактор. Действие его могло быть аналогичным описанному в предыдущем разделе. Иногда скорость образования поверхностного слоя твердого раствора или интерметаллического соединения мала из-за низкой величины коэффициента диффузии. Возможно также влияние окисных пленок на твердом металле, тормозящих процесс растворения.
Процессы изотермического переноса массы наблюдались также во многих других системах, кроме перечисленных выше. При испытании никеля в жидком натрии при 1000° С в течение 100 ч на молибдене образовался слой сплава с никелем толщиной 0,05 мм. В жидком литии обнаружен перенос кремния на железо с образованием слоя твердого раствора (опыты проводились при 1000° С в течение 4 ч). Испытаниями образцов хромоникелевой аустенитной стали типа 18-8 в литии при 1000° С в течение 400 ч установлен перенос никеля из стали к железному контейнеру. Отмечено образование сплавов Al—Fe и Cu—Ni в результате действия изотермического переноса массы в жидком натрии. Для этой же среды весьма распространенным явлением оказалось самосваривание. Ему подвержены углеродистые стали при температурах выше 450° С и хромоникелевые аустенитные стали при температурах выше 700° С. В жидком натрии наблюдалось также азотирование хромоникелевой аустенитной стали 18-8 вследствие переноса азота через жидкий металл от защитного газа.