WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Перед фотографированием с помощью цифровой фотокамеры с разрешением 6.1 мегапикселей капля выдерживалась при заданной температуре 5 минут. Изображение капли далее обрабатывалось на персональном компьютере.

Третья глава посвящена результатам теоретических и экспериментальных исследований ПН металлических сплавов.

В начале главы в рамках метода функционала электронной плотности рассматриваются поверхностные свойства сплавов свинца со щелочными металлами. Показано, что как поверхностная энергия, так и работа выхода электрона сплавов с участием щелочных металлов понижаются с увеличением радиуса ячейки Вигнера – Зейтца.

Далее описываются результаты экспериментальных исследований плотности и поверхностного натяжения в системах олово – серебро, олово – барий, олово – стронций, индий – титан.

Система олово – серебро довольно подробно рассмотрена в литературе. Однако данных по плотности и поверхностному натяжению сплавов в области концентраций между эвтектической точкой и чистым оловом нет.

В связи с этим в диссертационной работе решалась задача изучения политерм плотности и поверхностного натяжения сплавов Sn-{0; 0,01; 0,03; 0,05; 0,10 и 3,8} ат.% Ag. На рис. 2, 3 представлены политермы плотности и поверхностного натяжения оловянно-серебряной эвтектики, на рис. 4, 5 – сводные данные по системе олово – серебро, а в табл. 1 – коэффициенты линейных аппроксимаций плотности и ПН изученных сплавов.

Рис. 2. Политерма плотности

эвтектики системы олово-серебро

Рис. 3. Политерма ПН эвтектики

системы олово-серебро

Рис. 4. Политермы плотности

сплавов системы олово-серебро

Рис. 5. Политермы ПН сплавов

системы олово-серебро

Таблица 1

Коэффициенты A, B и A*, B* линейных аппроксимаций плотности

 = A – B·T и ПН  = A* – B*·T в системе олово-серебро

Расплав

A, кг/м3

B, кг/(м3K)

A*, мН/м

B*, мН/(мK)

Sn – 0,01 ат. % Ag

7301,50

0,616

577,4

0,083

Sn – 0,03 ат. % Ag

7315,13

0,626

575,1

0,080

Sn – 0,05 ат. % Ag

7342,01

0,642

574,9

0,081

Sn – 0,10 ат. % Ag

7355,93

0,651

571,6

0,076

Sn – 3,80 ат. % Ag

7363,40

0,682

583,9

0,088

Данные по плотности и поверхностному натяжению сплавов Sn-{0,01; 0,03; 0,05; 0,10} ат. % Ag получены впервые.

На рис. 6, 7 приведены политермы плотности и поверхностного натяжения сплавов Sn-{0,061; 0,097; 0,116} ат.% Ba.

Плотность расплавов олова с малыми добавками бария мало отличается от плотности чистого олова (рис. 6). В то же время, малые добавки бария резко снижают поверхностное натяжение сплавов, что объясняется поверхностной активностью бария по отношению к олову (Sn = 580 мН/м, Ва = 224 мН/м). На политермах поверхностного натяжения наблюдаются изломы (рис. 7). Уравнения политерм в высокотемпературной области (справа от пунктирных линий на рис. 7), а также данные по плотности и поверхностному натяжению для чистого олова приведены в табл. 2.

Рис. 6. Политермы плотности

сплавов системы олово-барий

Рис. 7. Политермы ПН сплавов

системы олово-барий

Таблица 2

Коэффициенты A, B и A*, B* линейных аппроксимаций плотности

 = A – B·T и ПН  = A* – B*·T в системе олово-барий

Расплав

A, кг/м3

B, кг/(м3K)

A*, мН/м

B*, мН/(мK)


Sn

7308,68

0,641

572,7

0,084


Sn – 0,061 ат. % Ba

7299,35

0,626

529,7

0,105


Sn – 0,097 ат. % Ba

7297,38

0,620

452,4

0,070


Sn – 0,116 ат. % Ba

7279,38

0,614

454,1

0,080

Полученные данные по плотности чистого олова можно описать уравнением:

 = 7308,67 – 0,6409 Т (кг/м3), (1)

которое удовлетворительно согласуется с литературными данными.

Значения поверхностного натяжения чистого олова удовлетворительно согласуются с аппроксимацией результатов работы [2]:

 = 569,53 – 0,0548 Т (мН/м), (2)

а также с данными работы [3], в которой для политермы поверхностного натяжения чистого олова приводится выражение:

 = 580,00 – 0,0650 Т (мН/м). (3)

Поверхностное натяжение расплавов Sn-Ba снижается с увеличением температуры, при этом температурные коэффициенты поверхностного натяжения близки к d/dT для чистого олова (рис. 7).

Данные по политермам поверхностного натяжения расплавов олово-барий в литературе, насколько нам известно, отсутствуют. Некоторый излом на зависимостях (T), видимо, объясняется изменением концентрации бария в поверхностном слое расплава.

Политермы плотности и поверхностного натяжения расплавов олово-барий изучены впервые.

На рис. 8, 9 приведены политермы плотности и поверхностного натяжения сплавов Sn-{0,591; 1,928} ат. % Sr.

Рис. 8. Политермы плотности

сплавов системы олово-стронций

Рис. 9. Политермы ПН сплавов

системы олово-стронций

Значения плотности сплавов Sn-{0,591; 1,928} ат. % Sr уменьшаются с ростом температуры (рис. 8). На политермах поверхностного натяжения имеются изломы (рис. 9). Поверхностное натяжение в области справа от максимумов на рис. 9 удовлетворительно описывается линейными функциями, табл. 3.

Таблица 3

Коэффициенты A, B и A*, B* линейных аппроксимаций плотности

 = A – B·T и ПН  = A* – B*·T в системе олово-стронций

Расплав

A, кг/м3

B, кг/(м3K)

A*, мН/м

B*, мН/(мK)

Sn – 0,591 ат. % Sr

7277,22

0,582

565,0

0,075

Sn – 1,928 ат. % Sr

7319,52

0,635

502,9

0,074

Данные по плотности и поверхностному натяжению системы олово-стронций получены впервые. Отсутствие подобных данных в литературе объясняется трудностью проведения экспериментов: известна очень высокая скорость испарения стронция.

На рис. 10, 11 приведены политермы плотности и поверхностного натяжения чистого индия и сплавов In-{0,1; 0,3; 0,5} ат. % Ti.

Рис. 10. Политермы плотности

сплавов системы индий-титан

Рис. 11. Политермы ПН

сплавов системы индий-титан

На рис. 11 для сравнения приведены значения поверхностного натяжения чистого индия, которые могут быть описаны линейной зависимостью  = 581,9 – 0,092·Т мН/м. Величина температурного коэффициента поверхностного натяжения находится между данными работы [6], где для чистого индия получено  = 616,0 – 0,099 · Т (мН/м), и данными работы [7], где приводится  = 590,8 – 0,081 · Т (мН/м).

Политермы поверхностного натяжения расплавов In-Ti имеют максимум: с ростом температуры до Т ~ 700-750 K поверхностное натяжение увеличивается, а затем снижается (рис. 11). В табл. 4 приводятся коэффициенты линейных аппроксимаций политерм плотности и поверхностного натяжения (справа от максимумов) изученных сплавов системы индий-титан.

Таблица 4

Коэффициенты A, B и A*, B* линейных аппроксимаций плотности

 = A – B·T и ПН  = A* – B*·T в системе индий-титан

Расплав

A, кг/м3

B, кг/(м3K)

A*, мН/м

B*, мН/(м·K)

In

7239,84

0,537

581,9

0,092

In – 0,1 ат. % Ti

7204,71

0,601

559,8

0,066

In – 0,3 ат. % Ti

7195,45

0,589

558,4

0,061

In – 0,5 ат. % Ti

7172,97

0,574

555,0

0,053

Появление максимума на политермах поверхностного натяжения в системах олово – серебро, олово – стронций, индий – титан можно объяснить на основе уравнения, полученного в работе [6] для температурного коэффициента поверхностного натяжения:

, (4)

где – поверхностное натяжение, Т – температура, – концентрация i-го компонента в поверхностной области, – парциальные поверхности (), – параметр, характеризующий работу выхода моля i-го компонента из объема раствора на поверхность, k – число компонентов системы.

Первое слагаемое в выражении (5) учитывает изменение работы выхода компонентов из глубины раствора в поверхностный слой, отнесенной к единице поверхности. Этот вклад отрицателен и практически не изменяется. Второе слагаемое в (5) учитывает изменение парциальных молярных площадей вследствие теплового расширения и сравнительно мало по абсолютной величине. Третье слагаемое описывает изменение адсорбции компонентов расплава с температурой. Для простых бинарных систем третий вклад положителен и возможно существование температуры Т0, при которой температурный коэффициент поверхностного натяжения обращается в нуль: d/dT = 0. При температурах T < T0 для определенного интервала концентраций d/dT > 0, что и наблюдается в изученных системах олово-серебро, олово-стронций, индий-титан. Следует отметить, что для многих систем область положительных температурных коэффициентов поверхностного натяжения находится ниже уровня температуры ликвидуса и поэтому экспериментально не наблюдается. При T > T0 значения d/dT < 0 и зависимости (T), как правило, линейны.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»