Специфика металлических жидкостей

2.2 Специфика металлических жидкостей

2.2.1 Классификация металлических расплавов

Все чистые расплавленные металлы принято классифицировать в соответствии с их положением в периодической таблице Д. И. Менделеева. Для двухкомпонентных расплавов придерживаются классификации в соответствии с образуемыми этими компонентами фазовыми диаграммами: системы с непрерывным рядом твердых растворов, эвтектические системы, системы с областью не смешиваемости, системы с интерметаллическими соединениями.

Классификацией Ф. Зауервальда учтено, кроме этого, поведение различных физических свойств расплавов при изменении концентрации второго компонента. Зауервальд подразделяет бинарные металлические системы на четыре группы со следующими особенностями.

L-системы. Изотермы свойств расплава не имеют никаких особенностей (максимумов, минимумов, перегибов) и в которых величина самих физических свойств расплавов (вязкости, электросопротивления, поверхностного натяжения, магнитной восприимчивости, термодинамических свойств и др.) имеет промежуточное значение по сравнению с величиной свойств чистых компонентов. В чистом виде это системы, образующие идеальные растворы.

V-системы (взаимодействующие системы). В них существует сильное взаимодействие компонентов, приводящее к образованию в твердом состоянии интерметаллических соединений, а в жидком состоянии к наличию ярко выраженных особенностей в изотермах термодинамических и других физико-химических свойств.

Е-системы. В них заметны тенденции к расслоению компонентов на две фазы. О свойствах этих систем сведения скудны.

Z-системы. В них входят системы со сложными диаграммами состояния различных промежуточных типов.

В группу L-систем входят преимущественно эвтектические системы и системы сплавов, образующих диаграмму состояния с широкой областью твердых растворов.

В группу V-систем входят исключительно только те системы сплавов, в которых имеется одно или несколько интерметаллических соединений, причем, как правило, одно из этих соединений является прочным вблизи линии ликвидус и плавится конгруэнтно.

В группу Е-систем входят только те системы, которые имеют область не смешиваемости в жидком состоянии, эвтектические и перитектические системы с четко выраженной точкой перегиба на линии ликвидус, указывающей на склонность к разделению компонентов в жидкой смеси.

В пределах каждой из групп систем наблюдается характерная корреляция свойств. Например, в группе V-систем максимум на изотермах вязкости сочетается с максимумом изотермы электрического сопротивления, уменьшением объема при плавлении, большой отрицательной величиной теплоты смешения.

Наиболее характерными для жидкостей свойствами являются вязкость и величина коэффициента поверхностного натяжения. Зависимость вида изотерм этих свойств в жидких металлических расплавах от типа диаграммы состояния, величины теплоты смешения и других термодинамических характеристик в целом такая же, как и у других классов жидкостей, например органических. Это говорит о том, что вид изотерм вязкости и коэффициента поверхностного натяжения определяется в первую очередь силой межмолекулярного взаимодействия в жидкой фазе, а не характером самой связи.

Таблица 2 – Классификация жидких бинарных систем

Примечание: в таблице 2 буквой Э обозначена эвтектическая диаграмма состояния, И.С. – интерметаллические соединения, Т.р. – твердые растворы, П – системы перитектики, Обл.несм. – области несмешиваемости

2.2.2 Свойства

Для описания комплекса свойств необходимо сочетать закономерности физики жидкого состояния с законами физики металлов. Все процессы, протекающие в расплавленных металлах, протекают на фоне взаимодействия коллективизированных электронов с ионами металлов. Так как взаимодействие является причиной притяжения ионов металла друг к другу, то состояние электронного газа также контролирует механические и термодинамические свойства жидких металлов. Электрические и гальваномагнитные свойства металлических расплавов – высокая электропроводность, термо-ЭДС и эффект Холла – являются характерным отличительным признаком металлических жидкостей среди всех остальных. Уровень электрических свойств определяется потенциалом взаимодействия – W электронов проводимости с ионами металла. Теория электрических свойств жидкостей базируется на теории электрических свойств твердого состояния.