Влияние малых добавок щелочно-земельных элементов и электротока на контактное плавление металлов и фазообразование в контактных прослойках
Рассмотрены данные по кинетике контактного плавления металлов с твердыми растворами на основе Sn, Pb, Cd и Tl с добавками щелочно-земельных элементов при наличии электропереноса в контактных прослойках. Проведен рентгенофазовый анализ контактных прослоек, указывающий на образование интерметаллидов....
Saved in:
| Published in: | Адгезия расплавов и пайка материалов |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167453 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние малых добавок щелочно-земельных элементов и электротока на контактное плавление металлов и фазообразование в контактных прослойках / К.М. Елекоева, Б.С. Карамурзов, М.С. Карданова, П.К. Коротков, Т.А. Орквасов, В.А. Созаев // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2009. — Вып 42. — С. 23-38. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-167453 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Елекоева, К.М. Карамурзов, Б.С. Карданова, М.С. Коротков, П.К. Орквасов, Т.А. Созаев, В.А. 2020-03-28T11:42:18Z 2020-03-28T11:42:18Z 2009 Влияние малых добавок щелочно-земельных элементов и электротока на контактное плавление металлов и фазообразование в контактных прослойках / К.М. Елекоева, Б.С. Карамурзов, М.С. Карданова, П.К. Коротков, Т.А. Орквасов, В.А. Созаев // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2009. — Вып 42. — С. 23-38. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. 0136-1732 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167453 532.6:69.046 Рассмотрены данные по кинетике контактного плавления металлов с твердыми растворами на основе Sn, Pb, Cd и Tl с добавками щелочно-земельных элементов при наличии электропереноса в контактных прослойках. Проведен рентгенофазовый анализ контактных прослоек, указывающий на образование интерметаллидов. Анализируются корреляции между скоростью контактного плавления и некоторыми физико-химическими свойствами твердых растворов. Розглянуто дані по кінетиці контактного плавлення металів із твердими розчинами на основі Sn, Pb, Cd і Tl з добавками луго-земельних елементів при наявності электропереноса в контактних прошарках. Проведений рентгенофазовый аналіз контактних прошарків, що вказує на утворення інтерметалідів. Аналізуються кореляції між швидкістю контактного плавлення і деякими фізико-хімічними властивостями твердих розчинів. The kinetic data of the contact melting of metals with solid solutions on the basis of Sn, Pb, Cd and Tl with alkali-earth metal additions at presence of an electromigration in contact layers have been presented. The formation of the intermetallides has been revealed with the help of X-rays phase analysis of contact layers. The correlations between the speed of contact melting and some physicochemical properties of solid solutions have been analyzed. Авторы выражают благодарность Далаковой Н. В. за предоставление образцов, а также профессору Кушхову Х. Б., директору ЦКП КБГУ “Рентгенодиагностика материалов” ¾ за помощь в проведении рентгенофазового анализа. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 09-02-96501 Р_юг_а). ru Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України Адгезия расплавов и пайка материалов Поверхностные свойства расплавов и твердых тел, смачивание, адгезия Влияние малых добавок щелочно-земельных элементов и электротока на контактное плавление металлов и фазообразование в контактных прослойках Influence of least alkali-earth metal additions and of electric current on contact melting of metals and phase formation in contact layers Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Влияние малых добавок щелочно-земельных элементов и электротока на контактное плавление металлов и фазообразование в контактных прослойках |
| spellingShingle |
Влияние малых добавок щелочно-земельных элементов и электротока на контактное плавление металлов и фазообразование в контактных прослойках Елекоева, К.М. Карамурзов, Б.С. Карданова, М.С. Коротков, П.К. Орквасов, Т.А. Созаев, В.А. Поверхностные свойства расплавов и твердых тел, смачивание, адгезия |
| title_short |
Влияние малых добавок щелочно-земельных элементов и электротока на контактное плавление металлов и фазообразование в контактных прослойках |
| title_full |
Влияние малых добавок щелочно-земельных элементов и электротока на контактное плавление металлов и фазообразование в контактных прослойках |
| title_fullStr |
Влияние малых добавок щелочно-земельных элементов и электротока на контактное плавление металлов и фазообразование в контактных прослойках |
| title_full_unstemmed |
Влияние малых добавок щелочно-земельных элементов и электротока на контактное плавление металлов и фазообразование в контактных прослойках |
| title_sort |
влияние малых добавок щелочно-земельных элементов и электротока на контактное плавление металлов и фазообразование в контактных прослойках |
| author |
Елекоева, К.М. Карамурзов, Б.С. Карданова, М.С. Коротков, П.К. Орквасов, Т.А. Созаев, В.А. |
| author_facet |
Елекоева, К.М. Карамурзов, Б.С. Карданова, М.С. Коротков, П.К. Орквасов, Т.А. Созаев, В.А. |
| topic |
Поверхностные свойства расплавов и твердых тел, смачивание, адгезия |
| topic_facet |
Поверхностные свойства расплавов и твердых тел, смачивание, адгезия |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| container_title |
Адгезия расплавов и пайка материалов |
| publisher |
Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Influence of least alkali-earth metal additions and of electric current on contact melting of metals and phase formation in contact layers |
| description |
Рассмотрены данные по кинетике контактного плавления металлов с твердыми растворами на основе Sn, Pb, Cd и Tl с добавками щелочно-земельных элементов при наличии электропереноса в контактных прослойках. Проведен рентгенофазовый анализ контактных прослоек, указывающий на образование интерметаллидов. Анализируются корреляции между скоростью контактного плавления и некоторыми физико-химическими свойствами твердых растворов.
Розглянуто дані по кінетиці контактного плавлення металів із твердими розчинами на основі Sn, Pb, Cd і Tl з добавками луго-земельних елементів при наявності электропереноса в контактних прошарках. Проведений рентгенофазовый аналіз контактних прошарків, що вказує на утворення інтерметалідів. Аналізуються кореляції між швидкістю контактного плавлення і деякими фізико-хімічними властивостями твердих розчинів.
The kinetic data of the contact melting of metals with solid solutions on the basis of Sn, Pb, Cd and Tl with alkali-earth metal additions at presence of an electromigration in contact layers have been presented. The formation of the intermetallides has been revealed with the help of X-rays phase analysis of contact layers. The correlations between the speed of contact melting and some physicochemical properties of solid solutions have been analyzed.
|
| issn |
0136-1732 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167453 |
| citation_txt |
Влияние малых добавок щелочно-земельных элементов и электротока на контактное плавление металлов и фазообразование в контактных прослойках / К.М. Елекоева, Б.С. Карамурзов, М.С. Карданова, П.К. Коротков, Т.А. Орквасов, В.А. Созаев // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2009. — Вып 42. — С. 23-38. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT elekoevakm vliâniemalyhdobavokŝeločnozemelʹnyhélementoviélektrotokanakontaktnoeplavleniemetallovifazoobrazovanievkontaktnyhprosloikah AT karamurzovbs vliâniemalyhdobavokŝeločnozemelʹnyhélementoviélektrotokanakontaktnoeplavleniemetallovifazoobrazovanievkontaktnyhprosloikah AT kardanovams vliâniemalyhdobavokŝeločnozemelʹnyhélementoviélektrotokanakontaktnoeplavleniemetallovifazoobrazovanievkontaktnyhprosloikah AT korotkovpk vliâniemalyhdobavokŝeločnozemelʹnyhélementoviélektrotokanakontaktnoeplavleniemetallovifazoobrazovanievkontaktnyhprosloikah AT orkvasovta vliâniemalyhdobavokŝeločnozemelʹnyhélementoviélektrotokanakontaktnoeplavleniemetallovifazoobrazovanievkontaktnyhprosloikah AT sozaevva vliâniemalyhdobavokŝeločnozemelʹnyhélementoviélektrotokanakontaktnoeplavleniemetallovifazoobrazovanievkontaktnyhprosloikah AT elekoevakm influenceofleastalkaliearthmetaladditionsandofelectriccurrentoncontactmeltingofmetalsandphaseformationincontactlayers AT karamurzovbs influenceofleastalkaliearthmetaladditionsandofelectriccurrentoncontactmeltingofmetalsandphaseformationincontactlayers AT kardanovams influenceofleastalkaliearthmetaladditionsandofelectriccurrentoncontactmeltingofmetalsandphaseformationincontactlayers AT korotkovpk influenceofleastalkaliearthmetaladditionsandofelectriccurrentoncontactmeltingofmetalsandphaseformationincontactlayers AT orkvasovta influenceofleastalkaliearthmetaladditionsandofelectriccurrentoncontactmeltingofmetalsandphaseformationincontactlayers AT sozaevva influenceofleastalkaliearthmetaladditionsandofelectriccurrentoncontactmeltingofmetalsandphaseformationincontactlayers |
| first_indexed |
2025-11-26T23:01:57Z |
| last_indexed |
2025-11-26T23:01:57Z |
| _version_ |
1850779484110716928 |
| fulltext |
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42 23
УДК 532.6:69.046
К. М. Елекоева, Б. С. Карамурзов, М. С. Карданова, П. К. Коротков,
Т. А. Орквасов, В. А. Созаев*
ВЛИЯНИЕ МАЛЫХ ДОБАВОК ЩЕЛОЧНО-ЗЕМЕЛЬНЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ И ЭЛЕКТРОТОКА НА КОНТАКТНОЕ ПЛАВЛЕНИЕ
МЕТАЛЛОВ И ФАЗООБРАЗОВАНИЕ В КОНТАКТНЫХ
ПРОСЛОЙКАХ
Рассмотрены данные по кинетике контактного плавления металлов с твердыми растворами
на основе Sn, Pb, Cd и Tl с добавками щелочно-земельных элементов при наличии
электропереноса в контактных прослойках. Проведен рентгенофазовый анализ контактных
прослоек, указывающий на образование интерметаллидов. Анализируются корреляции
между скоростью контактного плавления и некоторыми физико-химическими свойствами
твердых растворов.
Ключевые слова: контактное плавление, фазообразование, контактная прослойка,
кальций, барий, стронций.
Введение
Несмотря на большой объем данных по влиянию примесей и
электрического тока на кинетику контактного плавления (КП) [1],
в литературе недостаточно публикаций по контактному плавлению
и электропереносу в твердых растворах (ТР) с участием щелочно-
земельных элементов. Присутствие ионов щелочно-земельных металлов в
жидких расплавах приводит к значительному изменению эффективных
зарядов *
iZ компонентов. Поэтому исследования КП в подобных системах
необходимы для развития теории КП и, в частности, для разработки
критериев электропереноса в трехкомпонентных системах и важны с
практической точки зрения, поскольку, вводя малые добавки примесных
атомов и пропуская электрический ток, можно управлять кинетикой КП и
структурообразованием контактных прослоек.
В связи c этим в настоящей работе изучается влияние малых добавок
щелочно-земельных металлов на кинетику КП твердых растворов на
основе Sn, Cd, Pb и Tl с металлами при наличии электропереноса.
* К. М. Елекоева ассистент кафедры физики, Северо-Кавказский горно-металлургичес-
кий институт, г. Владикавказ, Россия; Б. С. Карамурзов доктор технических наук,
профессор, ректор Кабардино-Балкарского государственного университета, г. Нальчик,
Россия; М. С. Карданова ассистент кафедры общей физики, Кабардино-Балкарский
государственный университет, г. Нальчик, Россия; П. К. Коротков аспирант кафедры
физики наносистем, там же; Т. А. Орквасов кандидат физико-математических наук,
старший научный сотрудник, там же; В. А. Созаев доктор физико-математических
наук, профессор кафедры физики наносистем, Кабардино-Балкарский государственный
университет, Нальчик, зав. кафедрой физики, Северо-Кавказский горно-металлургичес-
кий институт, г. Владикавказ, Россия.
К. М. Елекоева, Б. С. Карамурзов, М. С. Карданова, П. К. Коротков, Т. А. Орквасов,
В. А. Созаев, 2009
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42 24
Методика исследования
Твердые растворы получали в Физико-техническом институте низких
температур им. Б. И. Веркина НАН Украины (г. Харьков) на основе
свинца марки СВЧ-000 чистотой 99,9995%, очищенного методом зонной
плавки, максимальное содержание примесей не превышало 3·10-4% (мас.),
олова марки Sn-000 чистотой 99,9995%, кадмия высокой чистоты
99,9999%, который получали методом вакуумной дистилляции [2],
висмута чистотой 99,999%, таллия марки Тл-000, также использовали
кальций чистотой 99,9%, барий 99,9%, стронций 99%.
Сплавление проводили в стеклянных ампулах в атмосфере гелия. Были
приготовлены следующие твердые растворы: PbCa, SnBa, SnSr,
CdCa, TlBa. Их состав контролировали по остаточному сопротивле-
нию [2, 3]. Слитки твердых растворов и образцы из них до проведения
опытов хранили в вакуумном масле ВМ-1.
Для осуществления контактного плавления из слитков твердых
растворов готовили образцы диаметром 2,2 мм и длиной 15 мм, которые
приводили в контакт с образцами чистых металлов в специальных
трубочках того же диаметра, что и диаметр образцов.
Для изучения структуры сплавов прослоек, определения скорости
контактного плавления готовили продольные шлифы. Структуру прослоек
выявляли с помощью соответствующих травителей и проводили
рентгенофазовый и металлографический анализы. Точность измерения
размеров контактных прослоек составляла ±0,01 мм. Среднюю скорость
КП <νКП> оценивали по формуле <νКП> = <δ>/∆t (где <δ> средняя
толщина контактной прослойки, ∆t = 1 ч).
Результаты исследований и их обсуждение
Кинетика контактного плавления
Система Tl + 0,3% (ат.) Ме (Sr, Ba)Sn*. Результаты измерений
ширины δ контактных прослоек в зависимости от времени τ КП в системе
(Tl + 0,3Sr)Sn приведены на рис. 1, а, а в системе (Tl + 0,3Ba)Sn на
рис. 1, б. На рис. 1 видно, что в бестоковом режиме (кривая 2) в обеих
системах δ2 ~ τ, что указывает на диффузионный механизм КП. При
пропускании тока диффузионный механизм КП нарушается. Как видно на
рис. 1, а, в системе (Tl + 0,3Sr)Sn при подаче на Sn положительного
потенциала наблюдается ускоряющийся режим КП (кривая 1). Ширина
контактной прослойки в этом случае δ+ больше, чем в бестоковом режиме
δ
0: δ+ > δ0. При обратном направлении тока отмечается замедляющийся
режим КП (кривая 3) и в этом случае δ+ < δ0. В целом устанавливается
следующее распределение ширины контактных прослоек: δ+ > δ0 > δ–.
В системе (Tl + 0,3Ba)Sn зависимости несколько иные (рис. 1, б).
Если на Sn подать отрицательный потенциал, то в течение 5 ч КП
устанавливается следующее распределение ширины контактных прослоек:
δ
– > δ+ > δ0. При τ > 5 ч ширина контактных прослоек распределяется
* Здесь и далее составы сплавов приведены в % (ат.).
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42 25
Рис. 1. Зависимость )τ(δ2 в системах (Tl + 0,3Sr)Sn (а) и
(Tl + 0,3Ba)Sn (б): 1 на олове “+”; 2 бестоковый; 3 на олове
“–“; Tэкс = 173 °C, J = 0,5 A/мм2
Fig. 1. The dependence )τ(δ2 for the systems (Tl + 0,3Sr)Sn (а) and
(Tl + 0,3Ba)Sn (б): 1 accelerating regime “+” on Sn; 2 no current;
3 decelerating regime “–“ on Sn; Texp = 173 °C, J = 0,5 A/mm2
иначе: δ+ > δ– > δ0, что, видимо, вызвано инверсией эффективного заряда,
зависящего от концентрации компонентов. Аналогичные законо-
мерности наблюдались при добавлении как щелочных, так и щелочно-
земельных элементов [3, 4] в Cd, Pb, Sn.
Система (Pb + 0,1Ca)Ме: Bi, Sn. Результаты изучения кинетики
контактного плавления в системах Bi(Pb + 0,1Ca) и Sn(Pb + 0,1Ca)
представлены на рис. 2, а, б. На рис. 2 видно, что в бестоковом режиме
(кривая 2) контактного плавления протяженность контактной прослойки
τ~δ , то есть в обеих системах осуществляется диффузионный
механизм контактного плавления. В системе (Pb + 0,1Ca)Bi при
Топ = 134 °С скорость контактного плавления KΠυ = 0,361 мкм/с. При
подаче на Bi отрицательного потенциала (кривая 3 на рис. 2, а) скорость
увеличивается ( τδKΠ
−=υ ), при подаче на Bi положительного
потенциала ( τδKΠ
+=υ ) уменьшается (кривая 1 на рис. 2, а), то есть
между протяженностями контактных прослоек устанавливается
соотношение δ– > δ0 > δ+. Эта закономерность подтверждается фотогра-
фиями микрошлифов (см. раздел рентгенофазовый анализ контактных
прослоек).
В системе (Pb + 0,1Ca)Sn (рис. 2, б) зависимости иные.
В бестоковом режиме при Топ = 193 °С скорость контактного плавления
КПυ = 0,664 мкм/с. При подаче на Sn отрицательного потенциала при
τ < 4 ч наблюдается ускорение контактного плавления, затем его
б а
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42 26
Рис. 2. Зависимость )τ(δ2 в системах: а (Pb + 0,1Ca)Bi: 1
на висмуте “+”; 2 бестоковый; 3 на висмуте “–“; Tэкс =
= 127 °C, J = 0,5 A/мм2; б (Pb + 0,1Ca)Sn: 1 на олове “–“;
2 бестоковый; 3 на олове “+”; Tэкс = 186 °C, J = 0,5 A/мм2
Fig. 2. The dependence )τ(δ2 for the systems: a (Pb +
+ 0,1Ca)Bi: 1 decelerating regime “+” on Bi; 2 no current;
3 accelerating regime “–“ on Bi; Texp = 127 °C, J = 0,5 A/mm2; б
(Pb + 0,1Ca)Sn: 1 decelerating regime “–“ on Sn; 2 no current;
3 accelerating regime “+” on Sn; Texp = 186 °C, J = 0,5 A/mm2
скорость начинает уменьшаться и при τ > 6 ч протяженность контактной
прослойки δ– < δ0, что, видимо, обусловлено инверсией знака эффектив-
ного заряда иона. Если на Sn положительный потенциал, то δ+ > δ0.
Изменения знака эффективного заряда с изменением концентрации в
контактной прослойке ранее наблюдали при контактном плавлении
металлов с твердыми растворами, содержащими добавки щелочных метал-
лов [46]. Результаты данной работы показывают, что в случае добавок
щелочно-земельных металлов закономерности во многом подобны
таковым для кинетики контактного плавления металлов с добавками
щелочных металлов.
Системы (Sn + 0,3Ba)Ме: Bi, Pb и (Sn + 0,3 Sr)Ме: Bi, Pb.
Результаты измерений показаны на рис. 35. На рис. 3, 4 видно, что
скорость фазового превращения зависит как от примесей, так и от
направления тока. В отсутствие тока толщина контактной прослойки
δ
2 ~ τ, что указывает на диффузионный механизм контактного плавления.
При пропускании тока наблюдаются отклонения от закономерности δ2 ~ τ.
Например, в контакте (Sn + 0,3Ba)Bi при T = 142 °С и плотности
тока, пропускаемого через образец, J = 0,5 А/мм2 при подаче положитель-
ного потенциала на Bi скорость контактного плавления замедляется, при
обратном направлении тока ускоряется (см. рис. 3, а).
а б
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42 27
Рис. 3. Зависимость )τ(δ2 в системах: a (Sn + 0,3Ba)Bi: 1 на
висмуте “+”; 2 бестоковый; 3 на висмуте “–“; Tэкс = 142 °C,
J = 0,5 A/мм2; б (Sn + 0,3Ba)Pb: 1 на свинце “+”; 2
бестоковый; 3 на свинце “–“; Tэкс = 186 °C, J = 0,5 A/мм2
Fig. 3. The dependence )τ(δ2 for the systems: a (Sn + 0,3Ba)Bi: 1
decelerating regime “+” on Bi; 2 no current; 3 accelerating regime “–“
on Bi; Texp = 142 °С, J = 0,5 А/mm2; б (Sn + 0,3Ba)Pb: 1
decelerating regime “+” on Pb; 2 no current; 3 accelerating regime “–“
on Pb; Texp = 186 °С, J = 0,5 А/mm2
Рис. 4. Зависимость )τ(δ2 в системах: a (Sn + 0,3Sr)Bi: 1 на висмуте
“+”; 2 бестоковый; 3 на висмуте “–”; Tэкс = 142 °C, J = 0,5 A/мм2; б
(Sn + 0,3Sr)Pb: 1 на свинце “+”; 2 бестоковый; 3 на свинце “–”;
Tэкс = 186 °C, J = 0,5 A/мм2
Fig. 4. The dependence )τ(δ2 for the systems: a (Sn + 0,3Sr)Bi: 1
decelerating regime “+” on Bi; 2 no current; 3 accelerating regime “–” on Bi;
Texp = 142 °С, J = 0,5 А/mm2; б (Sn + 0,3Sr)Pb: 1 decelerating regime
“+” on Pb; 2 no current; 3 accelerating regime “–” on Pb; Texp = 186 °С,
J = 0,5 А/mm2
а б
а б
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42 28
Рис. 5. Зависимость )τ(δ2 в системах: a (Cd + 0,3Ca)Bi: 1 на
висмуте “+”; 2 бестоковый; 3 на висмуте “–”; Tэкс = 147 °C,
J = 0,5 A/мм2; б (Cd + 0,3Ca)Sn: 1 на олове “+”; 2 бестоковый;
3 на олове “–”; Tэкс = 177 °C, J = 0,5 A/мм2
Fig. 5. The dependence )τ(δ2 for the systems: a (Cd + 0,3Ca)Bi: 1
decelerating regime “+” on Bi; 2 no current; 3 accelerating regime “–”
on Bi; Texp = 147 °С, J = 0,5 А/mm2; б (Cd + 0,3Ca)Sn: 1
decelerating regime “+” on Sn; 2 no current; 3 accelerating regime “–”
on Sn; Texp = 177 °С, J = 0,5 А/mm2
В контакте (Sn + 0,3Ba)Pb при T = 186 °С наблюдается следующая
особенность. При τ < 3 ч имеет место слабое ускорение эвтектоидного
плавления. Замедление контактного плавления происходит при подаче
положительного потенциала на Pb после 5 ч (рис. 3, б). Подобное
поведение, видимо, обусловлено инверсией знака эффективного заряда и
наблюдалось ранее при контактном плавлении металлов с добавками
щелочных металлов [46].
Аналогичные закономерности выявлены при фазовых превращениях в
системах (Sn + 0,3Sr)Bi, (Sn + 0,3Sr)Pb (рис. 4, а, б) и (Cd +
+ 0,3Ca)Me: (Bi, Sn) ( рис. 5, а, б). На представленных зависимостях
δ
2 ~ τ видно, что направление тока существенно влияет на кинетику КП и
в этих системах.
Рентгенофазовый анализ контактных прослоек, образующихся при
контактном плавлении металлов с малыми щелочно-земельными
добавками
На контактных прослойках проводили рентгенофазовый анализ на
установке ДРОН-6. Длина волны рентгеновского излучения
λ = 1,54051⋅10-10 м, начальный угол 10°, конечный 90°, шаг
съемки 0,03°.
а б
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42 29
На рис. 68 представлены фотографии контактных прослоек,
полученных при пропускании тока и в бестоковом режиме. Видно, что
направление тока влияет на кинетику фазового превращения. Для
рентгенофазового анализа выбраны шлифы, полученные с увеличиваю-
щим скорость контактного плавления направлением тока. В таблице
приведены соответствующие ускоряющему режиму значения толщины δ
контактных прослоек.
Рис. 6. Фотографии прослоек системы (Sn + 0,3Ba)Pb
при Tэкс = 186 °С, J = 0,5 А/мм2, τ = 7 ч, х20
Fig. 6. The system (Sn + 0,3Ba)Pb: section of layers,
Texp = 186 °С, J = 0,5 А/mm2, τ = 7 hours, zoom 20
Рис. 7. Фотографии прослоек системы (Sn + 0,3Sr)Pb
при Tэкс = 186 °С, J = 0,5 А/мм2, τ = 6 ч, х20
Fig. 7. The system (Sn + 0,3Sr)Pb: section of layers,
Texp = 186 °С, J = 0,5 А/mm2, τ = 6 hours, zoom 20
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42 30
Рис. 8. Фотографии прослоек системы (Cd + 0,3Ca)Sn
при Tэкс = 177 °С, J = 0,5 А/мм2, τ = 3 ч, х20
Fig. 8. The system (Cd + 0,3Ca)Sn: section of layers,
Texp = 177 °С, J = 0,5 А/mm2, τ = 3 hours, zoom 20
Значения δ толщины контактных прослоек, соответствующих
ускоряющему направлению тока плотностью J = 0,5 А/мм2
The values of the thickness of contact layers δ corresponding to the
accelerating direction of a current of density J = 0,5 А/mm2
Система
Длитель-
ность
контактного
плавления, ч
Темпера-
тура опыта,
°С
Толщина δ
контактной
прослойки,
мм
Наличие
интер-
метал-
лидов
(Sn + 0,3Ba)Pb 7 186 4,05
Pb3Ba5
(Sn + 0,3Sr)Pb 7 186 3,50
SnSr,
SnSr2
(Cd + 0,3Ca)Sn 4 180 4,25
CaSn,
CaSn3,
Cd2Ca3
(Pb + 0,3Ca)Sn 7 193 4,9
Ca2Pb,
CaPb3
(Tl + 0,3Sr)Sn 7 173 3,87 Sr2Sn
(Tl + 0,3Ba)Sn 7 173 5,92 TlSn
(Sn + 0,3Sr)Bi 7 142 4,24
Sr2Sn,
SnBi
(Sn + 0,3Ba)Bi 7 142 4,0
Ba2Bi,
SnBi
(Cd + 0,3Ca)Bi 7 147 4,0 Bi3Ca5
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42 31
На рис. 9 приведены данные рентгенофазового анализа для систем
(Sn + 0,3Ba)Pb, (Sn + 0,3Sr)Pb, (Cd + 0,3Ca)Sn, (Pb + 0,3Ca)Sn,
(Tl + 0,3Sr)Sn, (Tl + 0,3Ba)Sn, (Sn + 0,3Sr)Bi, (Sn + 0,3Ba)Bi и
(Cd + 0,3Ca)Bi.
а б
в г
д е
Рис. 9, а―е
Fig. 9, а―е
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42 32
ж з
и
Рис. 9. Рентгенограммы контактной прослойки, образующейся при
контактном плавлении в системах ТР (Sn + 0,3Ba)Pb (а),
(Sn + 0,3Sr)Pb (б), (Cd + 0,3Ca)Sn (в), (Pb + 0,3Ca)Sn (г),
(Tl + 0,3Sr)Sn (д), (Tl + 0,3Ba)Sn (е), (Sn + 0,3Sr)Bi (ж),
(Sn + 0,3Ba) Bi (з) и (Cd + 0,3Ca)Bi (и)
Fig. 9. The data of the X-rays phase analysis of the contact layer formed at
contact melting in system (Sn + 0,3Ba)Pb (а), (Sn + 0,3Sr)Pb (б),
(Cd + 0,3Ca)Sn (в), (Pb + 0,3Ca)Sn (г), (Tl + 0,3Sr)Sn (д),
(Tl + 0,3Ba)Sn (е), (Sn + 0,3Sr)Bi (ж), (Sn + 0,3Ba)Bi (з) and
(Cd + 0,3Ca)Bi (и)
В контактной прослойке системы (Sn + 0,3Ba)Pb (рис. 9, а)
наблюдается образование интерметаллида Pb3Ba5. На диаграммах
состояния [7] установлено образование соединения BaSn5 по перитекти-
ческой реакции при температуре 722 °С, а также BaSn3, BaSn, Ba5Sn3,
Ba2Sn. Последнее соединение имеет ромбическую сингонию
(пр. гр. Pnma), тип структуры PbCl2, параметры ячейки решетки
а = 0,8648 нм, b = 0,5691 нм, с = 1,0588 нм [8]. Однако в контактных
прослойках ни одно из этих соединений не обнаружено.
В контактной прослойке системы (Sn + 0,3Sr)Pb (рис. 9, б)
образуются интерметаллиды SnSr и SnSr2. Согласно диаграммам
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42 33
состояния системы SnSr [8, 9], возможно также образование интер-
металлидов Sn4Sr, Sn3Sr5, Sn3Sr и Sn5Sr3, но наиболее устойчивыми
оказываются SnSr (Тпл = 1190 °С) и SnSr2 (Тпл = 1295 °С), что и является,
видимо, причиной наличия в контактных прослойках именно этих
интерметаллидов.
Интерметаллид SnSr образуется при концентрации Sr 50% (ат.), имеет
ортогональную структуру Cmcm, подобную CrB, параметры ячейки
а = 0,5033 нм, b = 1,2 нм, с = 0,4493 нм [7]. Интерметаллическое
соединение SnSr2 образуется при концентрации Sr 66,7% (ат.), имеет
ортогональную структуру Pnma, подобную Co2Si, параметры ячейки
а = 0,8401 нм, b = 0,5378 нм, с = 1,0078 нм [10].
В контактной прослойке (Cd + 0,3Ca)Sn (рис. 9, в) образуются сразу
три интерметаллида: CaSn, CaSn3 и Cd2Ca3. На диаграммах состояния
CdSn [7] интерметаллиды не обнаружены, но в системе CaSn имеют-
ся соединения Ca2Sn, CaSn, CaSn3 (образуется по перитектической
реакции), соединения Ca2Sn и CaSn3 плавятся конгруэнтно при 1122 и
627 °С. Соединение CaSn имеет структуру, подобную CrB (пр. гр. Cmcm),
параметры решетки a = 0,4821 нм, b = 1,152 нм, с = 0,4349 нм.
На диаграммах состояния CdCa [8] выявлены интерметаллиды CaCd5,
CaCd2, CaCd, Ca3Cd2 и др. Из них в контактной прослойке наблюдается
только соединение Ca3Cd2 (34,84% (мас.) Cd), которое образуется по
перитектической реакции при 527 °С.
В контактной прослойке (Pb + 0,3Ca)Sn (рис. 9, г) образуются два
интерметаллида: Ca2Pb и CaPb3. Хотя на диаграмме состояния системы
PbCa [7] наблюдаются еще два интерметаллида: CaPb и Ca5Pb3, которые
образуются по перитектическим реакциям при температурах 968 и 1127 °С
соответственно, в контактной прослойке сохраняются конгруэнтно
плавящиеся интерметаллиды CaPb3 и Ca2Pb. Соединение Ca2Pb имеет
структуру PbCl2 (пр. гр. Pnma), параметры решетки a ≈ 0,8075 нм,
b = 0,5100 нм, c = 0,9647 нм [11]. Соединение Ca3Pb3 имеет структуру
AuCu3 (пр. гр. Pm3m), параметр решетки a = 0,4901 нм [12].
На диаграммах состояния системы TlSn интерметаллические
соединения отсутствуют, существует лишь соединение Sn2Tl,
образующееся по перитектической реакции. Однако в контактной
прослойке, полученной при контактном плавлении ТР Tl + 0,3Sr с оловом,
образуется за счет взаимодействия Sr с Sn конгруэнтно плавящееся
интерметаллическое соединение Sr2Sn. При КП ТР Tl + 0,3Ba с оловом в
контактной прослойке происходит образование соединения TlSn, хотя на
диаграмме состояния [13] подобное соединение отсутствует. Видимо,
соединение TlSn является неустойчивой метастабильной фазой
эквиатомного состава, которую удалось обнаружить в данном случае.
При контактном плавлении твердых растворов Sn + 0,3Sr и Sn + 0,3Ba
с висмутом в обоих случаях в контактной прослойке образуется
метастабильная фаза BiSn эквиатомного состава, хотя на диаграммах
состояния SnBi [7] соединение не наблюдается. Данные о структуре
соединения BiSn приводятся в работе [14]. Наряду с метастабильной
фазой BiSn в контактной прослойке (Sn + 0,3Sr)Bi образуется
конгруэнтно плавящаяся устойчивая фаза Sr2Sn. В контактной прослойке
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42 34
системы (Sn + 0,3Ba)Bi обнаружено соединение Ba2Bi, которое
кристаллизуется в тетрагональной сингонии (пр. гр. I 4/mm).
Элементарная ячейка содержит четыре атома и изотипна La2Sb
(a = 0,5263 нм, c = 0,8700 нм) [7].
При КП ТР Cd + 0,3Ca с Bi в контактной прослойке образуется
соединение Ca5Bi3, которое не наблюдается на диаграмме состояния
BiCa [7]. Однако в работе [16] показана возможность образования этого
соединения. Символ Пирсона OP32 и пр. гр. Pnma, параметры решет-
ки соединения a = 1,2722 нм, b = 0,9666 нм, c = 0,8432 нм [17].
Таким образом, рентгенофазовый анализ контактных прослоек,
образующихся при КП твердых растворов A + C (C малая добавка
щелочно-земельного элемента) с металлом B, показал, что в контактных
прослойках, как правило, образуются конгруэнтно плавящиеся интер-
металлические соединения. При этом возможно формирование
интерметаллидов AnCm и BnCm, а в некоторых случаях также и
метастабильных фаз.
Зависимость скорости контактного плавления твердых растворов
с металлами от предела растворимости
На рис. 10 представлены зависимости скорости контактного плавления
в отсутствие электротока >< υ от предельной растворимости Xlim sol в
твердых растворах на основе олова, кадмия и таллия. На рис. 10 видна
корреляции между >< υ и Xlim sol. Подобные корреляции имеют место и
в случае контактного плавления металлов с малыми добавками щелочных
[6] и щелочно-земельных металлов [18].
Корреляции, показанные на рис. 10, можно использовать для прогно-
зирования скорости контактного плавления в системе твердый
растворметалл по данным о предельной растворимости, например в
системах (Sn + 0,3 Mg)Bi и (Sn + 0,3Mg)Pb (на рис. 10, а, б светлые
кружки).
Hondros E. D. в работе [19] на основе анализа большого числа
экспериментальных данных показал, что зернограничная сегрегация
~ 1
sollim
-X . Зависимость на рис. 10 указывает на важность зернограничной
сегрегации примесей в процессе контактного плавления
поликристаллических металлов. Механизм процесса следующий: атомы
примеси адсорбируются по границам зерен, а затем мигрируют вдоль
границ зерен к межфазной границе гетерогенных металлов из-за
зернограничной диффузии, что приводит к формированию более
легкоплавким двойной и тройной эвтектикам, влияющим на скорость и
температуру контактного плавления.
Интересно отметить, что такие корреляции наблюдаются между
скоростью КП и остаточным сопротивлением твердых растворов
(рис. 11) и они, как показано в работе [3], обусловлены предельной
растворимостью примесей в твердых растворах.
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42 35
Рис. 10. Зависимости средней
скорости КП <vКП> от предельной
растворимости Xlim sol примесей в
твердых растворах на основе олова
(а), кадмия (б) и таллия (в): а 1
(Sn + 0,3Me: Mg, Ba, Ca, Sr)Bi; 2
(Sn + 0,3Me: Mg, Ba, Ca, Sr)Pb;
б 1 (Cd + 0,3Me: Mg, Ba,
Ca)Bi; 2 (Cd + 0,3Me: Mg, Ba,
Ca)Pb; в 1 (Tl + 0,3Me: Li, Ba,
Sr)Sn; 2 (Cd + 0,3Me: Li, Ba,
Sr)Bi. Светлыми кружками
обозначены прогнозируемые значе-
ния средней скорости <v>
Fig. 10. The dependence of the average speed of contact melting <vCM> versus the
limiting solubility Xlim sol of impurities in solid solutions on the basis of tin (а), cadmium
(б) and thallium (в): а 1 (Sn + 0,3Me: Mg, Ba, Ca, Sr)Bi; 2 (Sn + 0,3Me:
Mg, Ba, Ca, Sr)Pb; б 1 (Cd + 0,3Me: Mg, Ba, Ca)Bi; 2 (Cd + 0,3Me:
Mg, Ba, Ca)Pb; в 1 (Tl + 0,3Me: Li, Ba, Sr)Sn; 2 (Cd + 0,3Me: Li, Ba,
Sr)Bi. Open circles denote forecasted values
Рис. 11. Зависимость скорости
КП <vКП> от остаточного
сопротивления в ТР: (Tl + 0,3Me:
Li, Sr, Ba)Sn (1); (Tl + 0,3Me:
Li, Sr, Ba)Bi (2)
Fig. 11. The dependence of the
speed of CM <vCM> on the residual
resistance in solid solutions:
(Tl + 0,3Me: Li, Sr, Ba)Sn (1);
(Tl + 0,3Me: Li, Sr, Ba)Bi (2)
а
в
б
в
<vКП>, мкм/с
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42 36
Выводы
Изучено влияние электротока и малых добавок щелочно-земельных
элементов на кинетику контактного плавления в системах:
(Sn + 0,3Ba)Bi, (Sn + 0,3Ba)Pb, (Sn + 0,3Sr)Bi, (Sn + 0,3Sr)Pb,
(Cd + 0,3Ca)Bi, (Cd + 0,3Ca)Sn, (Tl + 0,3Sr)Sn, (Tl + 0,3Ba)Sn,
(Pb + 0,3Ca)Sn. Показано, что в бестоковом режиме рост толщины
контактной прослойки δ подчиняется диффузионному закону δ2 ∼ τ.
Показано, что при наличии электропереноса в контактной прослойке
диффузионный рост нарушается и в зависимости от направления тока
можно реализовать как ускоряющий, так и тормозящий режимы КП.
Ускоряющий режим наблюдается, когда направления диффузионного
потока и потока электропереноса совпадают. При изменении полярности и
достижении определенного соотношения компонентов в контактной
прослойке возможна инверсия эффективного заряда компонентов, что и
приводит к торможению КП.
Проведен рентгенофазовый анализ контактных прослоек,
образующихся при КП твердых растворов (A + C) с металлом B (C
щелочно-земельная примесь). При этом возможно формирование
интерметаллидов AnCm и BnCm. В первую очередь, при КП в контактных
прослойках сохраняются конгруэнтно плавящиеся интерметаллиды.
Показано, что между скоростью КП и предельной растворимостью
твердых растворов существует корреляция, которая указывает на важную
роль зернограничной сегрегации примеси при КП поликристаллических
металлов.
Авторы выражают благодарность Далаковой Н. В. за предоставление
образцов, а также профессору Кушхову Х. Б., директору ЦКП КБГУ
“Рентгенодиагностика материалов” за помощь в проведении
рентгенофазового анализа. Работа выполнена при финансовой поддержке
РФФИ (проект № 09-02-96501 Р_юг_а).
РЕЗЮМЕ. Розглянуто дані по кінетиці контактного плавлення металів із
твердими розчинами на основі Sn, Pb, Cd і Tl з добавками луго-земельних
елементів при наявності электропереноса в контактних прошарках.
Проведений рентгенофазовый аналіз контактних прошарків, що вказує на
утворення інтерметалідів. Аналізуються кореляції між швидкістю
контактного плавлення і деякими фізико-хімічними властивостями
твердих розчинів.
Ключові слова: контактне плавлення, фазоутворення, контактний
прошарок, кальцій, барій, стронцій.
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42 37
1. Ахкубеков А. А., Орквасов Т. А., Созаев В. А. Контактное плавление
металлов и наноструктур на их основе. М.: Физ.-мат., 2006.
152 с.
2. Александров Б. Н., Удовиков В. И. // Изв. АН СССР. Металлы.
1973. № 2. С. 1725.
3. Александров Б. Н., Далакова Н. В., Москалец М. В. Растворимость
щелочных и щелочно-земельных металлов в некоторых металлах //
Там же. 1987. № 3. С. 198206.
4. Ахкубеков А. А., Еналдиева О. Л., Орквасов Т. А., Созаев В. А.
Влияние электропереноса на контактное плавление твёрдого раствора
Pb0,5% (ат.) Li с висмутом и оловом // Расплавы. 2006.
№ 4. С. 7376.
5. Ахкубеков А. А., Далакова Н. В., Еналдиева О. Л. и др. Кинетика
контактного плавления твердого раствора In0,1% (ат.) Nа с
висмутом и кадмием при наличии электропереноса // Сб. труд. 9-го
междисциплинарного Междунар. симпозиума “Упорядочение в
металлах и сплавах” (ОМА-9). Ростов-на-Дону: П. Лоо. 2006.
Т. 2. С. 136138.
6. Ахкубеков А. А., Далакова Н. В., Еналдиева О. Л. и др. Влияние малых
добавок щелочных металлов и электрического тока на контактное
плавление кадмия и свинца с оловом и висмутом // Изв. РАН. Сер.
физ. 2006. 70, № 7. С. 932935.
7. Диаграммы состояния двойных металлических систем / Под ред.
Н. П. Лякишева. М.: Машиностроение, 1996. Т. 1. 992 с.
8. Rieger W., Parthe E. // Acta Crystallogr. 1967. 22. P. 919.
9. Okamoto H. SnSr (Tin Strontium) // J. of Phase Equilibria and
Diffusion. 2006. 27, № 2. P. 2005.
10. Bruzzone G., Franceschi E. // J. Loss-Lommon. Met. 1978. 57,
No. 2. P. 201208.
11. Eckerlin P., Leicht E., Wölfel E. // Z. Anorg. All. Chem. 1961.
Bd. 307. S. 145154.
12. Bruzzone G., Merlo F. // J. Less-Comm. Met. 1976. 48, No. 1.
P. 103109.
13. Диаграммы состояния двойных металлических систем / Под ред.
Н. П. Лякишева. М.: Машиностроение, 2001. Т. 3, кн. 2.
448 с.
14. Гладких Н. Т., Чижик С. П., Ларин В. И. и др. // Изв. АН СССР.
Металлы. 1987. № 1. С. 176184.
15. Понятовский Е. Г., Дегтурева В. Ф. // Физика и техника высоких
давлений. 1981. № 6. С. 324.
16. Martinez-Ripoll M., Haase A., Braver G. // Acta Crystallogr. B.
1974. 30, No. 8. P. 20042006.
17. Смирнов М. П., Рудниченко В. Е. // Журн. неорган. химии.
1963. 8, № 6. С. 14021405.
18. Далакова Н. В., Карданова М. С., Орквасов Т. А., Созаев В. А.
Влияние малых добавок щелочно-земельных металлов и
электрического тока на фазовые превращения в контакте разнород-
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42 38
ных металлов // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и
нейтронные исследования. 2009. № 6. С. 115117.
19. Hondros E. D. Grain boundary segregation. The current situation and
future requirements // J. Phys. (France). 1975. 36, No. 10.
P. 117134.
Поступила 05.10.09
Elekoeva K. M., Karamurzov B. S., Kardanova M. S., Korotkov P. K.,
Orkvasov T. A., Sozaev V. A.
Influence of least alkali-earth metal additions and of electric current
on contact melting of metals and phase formation in contact layers
The kinetic data of the contact melting of metals with solid solutions on the
basis of Sn, Pb, Cd and Tl with alkali-earth metal additions at presence of an
electromigration in contact layers have been presented. The formation of the
intermetallides has been revealed with the help of X-rays phase analysis of
contact layers. The correlations between the speed of contact melting and some
physicochemical properties of solid solutions have been analyzed.
Keywords: contact melting, formation of phase, contact layer, calcium, barium,
strontium.
|