Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,909

1 1
1

В работе [1] было описано появление жидкости в контакте эвтектических систем при температуре ниже температуры плавления наиболее легкоплавкого компонента, явление называемое в литературе контактным плавлением (КП) [2].

Изучение влияния различных внешних факторов на фазовые переходы в металлах и сплавах является одним из важнейших направлений физики межфазных явлений и физического материаловедения.

Данное сообщение посвящено изучению влияния постоянного электрического тока на кинетику КП в системе Sn-(50 %Bi + 50 %Cd) и влияния тока и магнитного поля на процесс формирования структур сплавов, находящихся в жидко-твердом состоянии [3]. Как показано в работах [4, 5], при прохождении тока через металлические расплавы в них возникают потоки ионов – электроперенос (ЭП) [6].

Сплавы, находящиеся в жидко-твердом состоянии могут быть удобными объектами для выявления влияния ЭП, т.к. кристаллики отделены друг от друга жидкой фазой и подвержены влиянию внешних факторов. При заданной температуре жидко-твердое состояние сплава является близким к равновесному. Структура такого сплава может быть чувствительной к внешним воздействиям и характеризовать эволюцию, происходящую в такой гетерофазной системе. Объектом исследования являлось изучение влияния ЭП на структурное состояние сплава 80 % Bi + 20 % (масс %) Cd.

Жидко-твердые сплавы можно получать методом КП в трех и более компонентных системах [7]. Жидко-твердыми являются также сплавы, находящиеся между линиями солидуса и ликвидуса диаграмм состояния рис.1. В данной работе использовался второй вариант.

fm1.tif

Рис. 1. Диаграмма состояния Bi-Cd (ТЭВТ = 144°С)

1. Влияние ЭП на кинетику КП в системе Bi-Cd-Sn.

По методике, изложенной в работе [2], была изучена кинетика КП в системе Bi-Cd-Sn при Т=110°С во временном интервале 1-24 часа при плотности тока j = 0,5 А/мм2.

На рис.2 представлены зависимости протяженности контактных прослоек δ2 в системе Bi-Cd-Sn от времени, обработанные на ЭВМ методом наименьших квадратов с помощью стандартных программ обработки экспериментальных данных.

fm2.tif

Рис. 2. Зависимость 82(т) для систем: Sn-(50 % Bi+50 %Cd): 1 – бестоковый вариант опыта; 2 – на олове отрицательная полярность; 3 – на олове положительная полярность

Как видно из рисунка, зависимость δ2 от τ в бестоковом варианте опыта близка к линейному и подчиняется параболическому закону: δ~<<fizmat1.wmf>>, что свидетельствует о диффузионном механизме роста прослойки.

Токовые варианты опытов существенно отличаются от бестоковых: кривая 1 – это случай замедления, а кривая 3 – случай, когда ток ускоряет процесс КП. Обе зависимости отличны от параболического хода, что говорит о нарушении диффузионности процесса.

Такие зависимости δ2 (τ), видимо, объясняются сложным характером массопереноса в тройных системах при наличии ЭП: влияние ЭП на структуру жидкого состояния.

В определенной степени подтверждением сказанному могут являться результаты, описанные ниже.

2. Влияние электромагнитных воздействий на структуру жидко-твердых сплавов.

Методика проведения опытов по одновременному влиянию указанного электрического тока и продольного магнитного поля описана в работе [8].

На рис.3 приведены структуры сплава 80 % Bi-20 % Cd (масс %) при различных направлениях тока и бестоковом вариантах.

fm3.tif

Рис. 3. Структуры сплавов 80 %Bi – 20 % Cd (масс. %): а – исходный сплав; б – бестоковый вариант, в, г – j = 0.5 А/мм2; Топ= 150 °С, τ = 6 час; х15

На рис. 4 приведены тоже структуры тех же сплавов при одновременном влиянии электрического тока и продольного магнитного поля.

fm4.tif

Рис. 4. Структуры сплавов 80 %Bi – 20 % Cd (масс. %): 1-бестоковый вариант, 2, 3 – j = 0.5т А/мм2; Топ= 150 °С, τ = 6 час; х15

Во-первых, видно (рис. 3), что электромагнитное поле влияет на структуру сплавов: исходный сплав (рис. 3а) отличается более однородным распределением частиц образца в то время, как в бестоковом варианте (сказалось время проведения опыта и гравитационные силы) появляются укрупненные участки; существенные отличия наблюдаются при разных направлениях тока: при «+» сверху – в верхней части образца появляются отдельные конгломераты, в то время как в нижней части образца идет измельчение структуры. Такая же картина наблюдается, когда на верхней части образца отрицательная полярность (изменилось направление тока): только теперь укрупнение структуры происходит в нижней части, а измельчение структуры в верхней части.

На рис. 4 приведены структуры сплава 80 % Bi-20 % Cd, подвергнутые электромагнитной и термической обработке: ток проходил через образцы, помещенные внутрь солидуса (Н = 2·103А/м).

Из рисунков видно, что продольное магнитное поле оказывает ориентирующее действие на структурные составляющие жидко-твердого сплава и его морфологию.

Заключение

Постоянный электрический ток влияет на кинетику КП в трехкомпонентной системе Bi-Cd-Sn: при совпадении направления диффузионного потока под действием градиента концентрации с направлением ЭП – процесс КП ускоряется; в противоположном случае – процесс КП замедляется.

Электроперенос существенно влияет на структурообразование сплавов, находящихся в жидко-твердом состоянии.

Одновременное воздействие электрического тока и продольного магнитного поля влияет на структуру и морфологию сплавов, находящихся в жидко-твердом состоянии.