Современные представления о строении металлической жидкости
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
лавов, были выше, чем при охлаждении. Отмеченный гистерезис определяется неравновесностью металлических расплавов, существованием в них кластеров разной величины. Вместе с тем для чистого никеля и железа гистеризиса плотности не обнаружено.
А.Н. Учаев, Г.Н. Еланский, В.А. Кудрин методом большой капли измерили плотность и поверхностное натяжение расплавов Fe-C (до 1,5% С) и Fe-Ni (до 6,0% Ni). Установлено, что введение в жидкое железо добавок углерода приводит к возрастанию его микронеоднородности: часть атомов железа вынуждена под влиянием углерода перераспределить между собой электронную плотность. Вследствие этого вокруг углерода образуется устойчивая область с особым ближним порядком, который имеет черты г.ц.к. упаковки. Вначале этого приводит к некоторому снижению плотности расплава за счет появления микропустот и понижению поверхностого натяжения в результате вытеснения некоторого количества микрогруппировок в поверхностный слой. В дальнейшем увеличение плотности расплава происходит за счет образования комплексов с более плотной упаковкой. Некоторое повышение поверхностного натяжения также может быть обусловлено возрастанием внутренней энергии расплава за счет более высокой энергии связи железа в комплексах с углеродом, чем между атомами железа. В дальнейшем увеличение плотности расплава происходит за счет образования комплексов с более плотной упаковкой. Некоторое повышение поверхностного натяжения также может быть обусловлено возрастанием внутренней энергии расплава за счет более высокой энергии связи железа в комплексах с углеродом, чем между атомами железа. Такая перестройка заканчивается в интервале 0,3-0,4% С, а дальнейшее добавление углерода сопровождается разрыхлением расплава и снижением его плотности и поверхностного натяжения.
Аномальный характер изменения плотности и поверхностного натяжения в области малых концентраций второго компонента обнаружен также и для системы Fe-Ni.
Найденные при малых содержаниях второго компонента аномалии физических свойств коррелируют с особенностями на изотермах величины межатомных расстояний и средних координационных чисел, установленных рентгеноструктурными исследованиями.
Первоначальное повышение плотности расплава может быть вызвано более высокой энергией связи однородных атомов(), что приводит к образованию комплексов типа , снижению межатомных расстояний и уменьшению среднего координационного числа, возрастанию плотности расплава.
металлический жидкость физический химический
Рис. 4. Изотермы плотности и поверхностного натяжения расплава Fe-Ni; 1-1500; 2-1800.
Возрастание энергии межчастичного взаимодействия в расплаве приводит также к увеличению поверхностного натяжения. В результате дальнейшего увеличения содержания никеля в расплаве происходит образование большого количества группировок . Это приводит к разрыхлению состава, появлению микропустот между комплексами и, как следствие, к снижению плотности. Вытеснение этих микрогруппировок, слабо связанных с остальным раствором, в поверхностный слой сопровождается снижением поверхностного натяжения. Таким образом, существенная разница в энергиях связи между атомами железа и железо-второй компонент приводит к значительному отклонению свойств системы от аддитивности и к появлению различных аномалий.
Г.В Тягунов, С.В. Попель и Н.С. Косилов [11] исследовали методом проникающего излучения плотность сплавов Fe-C в твердом и жидком состояниях в широком интервале концентрации углерода. Опыты показали, что все изотермы в области малых концентраций углерода имеют экстремумы, которые после расплавления образцов сдвигаются в сторону меньших содержаний углерода. Одной из причин аномального поведения изотерм плотности железоуглеродистых сплавов может быть формирование атомных блоков упорядочения под действием примесных атомов углерода.
Характер имеющихся в металлических сплавах структурных или химических микрогруппировок (кластеров) существенным образом влияет и на поверхностную энергию этих жидкостей и ее изменение с ростом температуры.
Температурная зависимость большинства жидких металлов является линейной:
,
Где и - поверхностное натяжение и температура в точке плавления.
Рис. 5. Поверхностное натяжение чистых жидких железа, кобальта, никеля и марганца при разных температурах
Авторами проведено определение поверхностного натяжения легированных сталей методом большой капли в атмосфере тщательно очищенного гелия. Опыты показали, что температурный коэффициент поверхностного натяжения в большинстве случаев положительный. Величины поверхностного натяжения жидких сталей изменяются в довольно широких пределах - от 1100 до 1700 . Высоколегированные стали, в состав которых входит большое количество элементов, снижающих поверхностное натяжение железа, обладают низкими значениями поверхностной энергии.
Нередко в процессе экспериментов наблюдаются аномальные изменения поверхностного натяжения в системах металл-раскислитель. Чаще всего их связывают с изменениями структуры и плотности металлических расплавов, приводящих к нарушению условий адсорбции в поверхностном слое. А.А. Жуховицкий и другие показали, что экспериментальные значения поверхностного натяжения металлических расплавов можно описать количественно, если учесть присутствие в расплаве кислорода и изменение концентрации окислителя в зависимости от степени очи?/p>