» » Термические эффекты растворения одного компонента сплава в другом
02.02.2017

Термический эффект растворения одного компонента сплава в другом может быть определен следующим образом. В калориметр помещается электрическая печь с нетолстой тепловой изоляцией. При посредстве стабилизатора напряжения через нагреватель лечи пропускается ток. В печь помещается тигель, разделенный слегка конической перегородкой на две части — верхнюю и нижнюю, который могут сообщаться между собой через отверстие в нижней части перегородки. Вначале в нижнюю часть тигля помещают один компонент сплава, отверстие закрывают стержнем, один конец которого выходит из тигля наружу. В верхний этаж тигля помещается другой компонент сплава. Сверху тигель закрывается крышкой, через которую проходит конец стопорного стержня. Каждый из компонентов сплава расплавляется в своем этаже тигля и нагревается до одинаковой температуры. В течение некоторого времени записывается кривая температуры воды в калориметре, затем отверстие в перегородке, вначале закрытое стопорным стержнем, открывается, вследствие чего компоненты сплава смешиваются. Тигель слегка встряхивается для перемешивания сплава с помощью специального приспособления. По изменению температуры среды в калориметре рассчитывается тепловой эффект смешения компонентов сплава в расплавленном состоянии.
Опубликовано большое количество диаграмм теплоты смешения, в которых для двойных систем сплавов даны тепловые эффекты в зависимости от состава сплава. Тепловой эффект смешения или растворения бывает в одних сплавах положительный, в других случаях отрицательный, в третьих — теплота растворения может быть признана нулевой, так как результаты опыта лежат очень близко к пулевой прямой и по одну и по другую сторону от нее, причем отклонения от пуля не превосходят степени точности определения.
В большинстве случаев при образовании в сплаве химического соединения тепловой эффект экзотермический, хотя известны и эндотермические реакции образования интерметаллических соединений.
Большое выделение теплоты отмечается для сплавов меди с алюминием. Максимум теплового эффекта, по-видимому, соответствует образованию химического соединенны Cu2Al, которое при кристаллизации обусловливает образование γ-твердого раствора (рис. 77, а). Несколько меньший тепловой эффект дается для соединения Cu3Al. Максимальный тепловой эффект и системе медь — алюминий соответствует 5300 кал (рис. 77, б) для затвердевшего, сплава. Hаибольший положительный тепловой эффект обнаруживают сплавы алюминия с никелем. Максимум на кривой - +17 000 кал — отвечает образованию химического соединения AlNi (рис. 77, в).
Термические эффекты растворения одного компонента сплава в другом

Механические смеси как в случае эвтектических систем, например Pb—Ag (рис. 78, а), так и в случае частично расслаивающихся сплавов, к которым принадлежит система Pb—Cu (рис. 78, в), показали поглощение теплоты при смешении составных частей сплавов. В первом случае наибольшее абсолютное значение эндотермического эффекта составляло около 1600 кал (рис. 78, б). Максимум отрицательного теплового эффекта в сплавах свинец-медь соответствовал приблизительно 2000 кал (рис. 78, г).
Сплавы, образующие эвтектики, иногда показывают и положительный тепловой эффект смешения. Это наблюдается, например, в сплавах алюминия с кремнием.
Термические эффекты растворения одного компонента сплава в другом

Сплавы, дающие непрерывные твердые растворы, в некоторых случаях обнаруживают экзотермический эффект при растворении расплавленных компонентов друг в друге. Примером являются сплавы серебра с золотом, дающие хотя и небольшой (450 кал), ко все же положительный эффект (рис. 79).
Отрицательный тепловой эффект, правда, тоже небольшой (всего лишь 300 кал), показывают сплавы висмута с сурьмой (рис. 79, г).
Сложные сплавы, образующие твердые растворы на основе химических соединений, обычно показывают положительный тепловой эффект растворения, что видно на примерах латуни (рис. 79, д, е) и оловянной бронзы (рис. 79, ж, з).
Термические эффекты растворения одного компонента сплава в другом

В практических условиях плавки сплавов выделение теплоты замечается не только при сливании двух расплавленных металлов, но также и при введении твердых составных частей шихты в сплав. Разумеется, в этом случае выделение теплоты наблюдается ровно настолько меньшее, сколько теплоты требуется для нагрева вводимого металла до температуры плавления плюс теплота плавления и теплота перегрева вводимого металла.
Тепловой эффект при введении алюминия в расплавленную медь настолько велик, что даже при погружении алюминия в твердом виде и даже в том случае, когда медь предварительно полностью восстановлена из закиси, которая могла при плавке образоваться, ванна разогревается весьма значительно. Местные перегревы в этом случае достигают 200—300° сверх температуры меди, в которую введен алюминий. В одном из случаев средний перегрев при введении 9% твердого алюминия с расплавленную раскисленную медь, находившуюся в графитовом тигле емкостью 180 марок, составил около 100°, несмотря на то, что перед введением алюминия тигель был изъят из горна и охлаждался на воздухе.
Несколько меньшее разогревание наблюдается при введении кремния с медь, а также никеля в расплавленный алюминии. В значительно более слабой степени экзотермический процесс paстворения наблюдается при приготовлении сплавов меди с цинком, свинца с оловом, олова с цинком, цинка с алюминием. Выделение теплоты в этих последних случаях осложнений при плавке не вызывает. Этот тепловой эффект все же необходимо учитывать при каких-либо термохимических расчетах.