Строение расплавов системы Cu-Cr
Рассмотрена природа предельно малой концентрационной протяженности области двухфазного состояния расплавов системы Cu-Cr. Установлено, что малую протяженность области двухфазного состояния расплавов можно объяснить большой величиной шестого ионизационного потенциала атомов хрома и недостаточной ион...
Збережено в:
| Дата: | 2012 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2012
|
| Назва видання: | Процессы литья |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/131103 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Строение расплавов системы Cu-Cr / В.В. Христенко, М.А. Руденко, О.В. Ушкалова // Процессы литья. — 2012. — № 6. — С. 62-65. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-131103 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1311032018-03-14T03:02:47Z Строение расплавов системы Cu-Cr Христенко, В.В. Руденко, М.А. Ушкалова, О.В. Новые литые материалы Рассмотрена природа предельно малой концентрационной протяженности области двухфазного состояния расплавов системы Cu-Cr. Установлено, что малую протяженность области двухфазного состояния расплавов можно объяснить большой величиной шестого ионизационного потенциала атомов хрома и недостаточной ионизирующей способностью меди. Розглянута природа гранично малої концентраційної протяжності області двофазного стану розплавів системи Cu-Cr. Встановлено, що малу протяжність області двофазного стану розплавів можна пояснити великим значенням шостого іонізаційного потенціалу атомів хрому та недостатньою іонізувальною здатністю міді. The nature of melt Cu-Cr system two-phase state extremely small concentration extending has been discussed. It is established that the small miscibility gape in Cu-Cr system can be explained by a large value of chromium sixth ionization potential and the lack of copper ionizing. 2012 Article Строение расплавов системы Cu-Cr / В.В. Христенко, М.А. Руденко, О.В. Ушкалова // Процессы литья. — 2012. — № 6. — С. 62-65. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0235-5884 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/131103 669-154:541.123.2:541.8 ru Процессы литья Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Новые литые материалы Новые литые материалы |
| spellingShingle |
Новые литые материалы Новые литые материалы Христенко, В.В. Руденко, М.А. Ушкалова, О.В. Строение расплавов системы Cu-Cr Процессы литья |
| description |
Рассмотрена природа предельно малой концентрационной протяженности области двухфазного состояния расплавов системы Cu-Cr. Установлено, что малую протяженность области двухфазного состояния расплавов можно объяснить большой величиной шестого ионизационного потенциала атомов хрома и недостаточной ионизирующей способностью меди. |
| format |
Article |
| author |
Христенко, В.В. Руденко, М.А. Ушкалова, О.В. |
| author_facet |
Христенко, В.В. Руденко, М.А. Ушкалова, О.В. |
| author_sort |
Христенко, В.В. |
| title |
Строение расплавов системы Cu-Cr |
| title_short |
Строение расплавов системы Cu-Cr |
| title_full |
Строение расплавов системы Cu-Cr |
| title_fullStr |
Строение расплавов системы Cu-Cr |
| title_full_unstemmed |
Строение расплавов системы Cu-Cr |
| title_sort |
строение расплавов системы cu-cr |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2012 |
| topic_facet |
Новые литые материалы |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/131103 |
| citation_txt |
Строение расплавов системы Cu-Cr / В.В. Христенко, М.А. Руденко, О.В. Ушкалова // Процессы литья. — 2012. — № 6. — С. 62-65. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| series |
Процессы литья |
| work_keys_str_mv |
AT hristenkovv stroenierasplavovsistemycucr AT rudenkoma stroenierasplavovsistemycucr AT uškalovaov stroenierasplavovsistemycucr |
| first_indexed |
2025-07-09T14:47:04Z |
| last_indexed |
2025-07-09T14:47:04Z |
| _version_ |
1837181096128675840 |
| fulltext |
62 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012. № 6 (96)
Новые литые материалы
УДК 669-154:541.123.2:541.8
В. В. Христенко, М. А. Руденко, О. В. Ушкалова*
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
*Национальный технический университет Украины «КПИ», Киев
СТРОЕНИЕ РАСПЛАВОВ СИСТЕМЫ Cu-Cr
Рассмотрена природа предельно малой концентрационной протяженности области двухфаз-
ного состояния расплавов системы Cu-Cr. Установлено, что малую протяженность области
двухфазного состояния расплавов можно объяснить большой величиной шестого иониза-
ционного потенциала атомов хрома и недостаточной ионизирующей способностью меди.
Ключевые слова: металлический расплав, линия ликвидус, медь, хром, ион.
Розглянута природа гранично малої концентраційної протяжності області двофазного ста-
ну розплавів системи Cu-Cr. Встановлено, що малу протяжність області двофазного стану
розплавів можна пояснити великим значенням шостого іонізаційного потенціалу атомів хрому
та недостатньою іонізувальною здатністю міді.
Ключові слова: металевий розплав, лінія ліквідус, мідь, хром, іон.
The nature of melt Cu-Cr system two-phase state extremely small concentration extending has
been discussed. It is established that the small miscibility gape in Cu-Cr system can be explained
by a large value of chromium sixth ionization potential and the lack of copper ionizing.
Keywords: metal melt, the liquidus line, copper, chromium, ion.
Результаты анализа термодинамических параметров [1] позволяют заключить,
что строение расплавов системы Cu-Cr может изменяться в зависимости от со-Cu-Cr может изменяться в зависимости от со--Cr может изменяться в зависимости от со-Cr может изменяться в зависимости от со- может изменяться в зависимости от со-
става, а саму систему можно отнести к монотектическому типу. Однако концен-
трационная протяженность области двухфазного состояния расплавов предельно
мала [1, 2]. Природа указанного факта требует дополнительного исследования.
Цель работы – установить возможные физические причины взаимной ограничен-
ной растворимости меди и хрома в жидком состоянии, а также мотивы предельно
малой концентрационной протяженности области двухфазного жидкого состояния
системы Cu-Cr.
Строение металлических расплавов определяется конфигурацией наружных элек-
тронных оболочек и типом взаимодействия ионов компонентов [3]. Ионы с внешними
перекрывающимися р6, d6 и d10 = d4+6 электронными оболочками объединяются в рас-
плаве в области локального порядка, строение которых характеризуется координа-
ционным числом 8. Ионы с наружными сферически симметричными s-оболочками, а
также ионы с неперекрывающимися p и d оболочками образуют группировки, строение
которых характеризуется координационным числом 12 [3, 4]. Относительно системы
Cu-Cr целесообразно уточнить природу предельно малой концентрационной протя--Cr целесообразно уточнить природу предельно малой концентрационной протя-Cr целесообразно уточнить природу предельно малой концентрационной протя- целесообразно уточнить природу предельно малой концентрационной протя-
женности области двухфазного состояние расплавов, учитывая строения наружных
электронных оболочек ионов компонентов (принимая во внимание в том числе их
трансформацию при изменении состава расплава).
В металлическом состоянии у атомов меди коллективизируется лишь один
валентный электрон. Поэтому устойчивой формой существования атомов меди в
металлическом состоянии являются ионы Cu1+ с 3d10 наружными электронными обо-
лочками [3]. Следует отметить, что имеющаяся концентрация свободных электронов
(1 электрон на атом) недостаточна для возбуждения наружных электронных оболочек
ионов до состояния d4+6. В результате взаимодействия ионов Cu1+ в расплаве обра-
зуются области локального порядка, строение которых характеризуется координа-
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012 № 6 (96) 63
Новые литые материалы
ционным числом 12 [4]. Возможными устойчивыми формами существования атомов
хрома в металлическом состоянии являются ионы Cr1+ и Cr6+ соответственно с 3d5 и
3р6 наружными электронными оболочками [3]. Шестерка 3р6 электронов внешних
оболочек ионов Cr6+ обуславливает ОЦК структуру хрома в твердом состоянии, а в
расплаве – образование группировок, строение которых характеризуется коорди-
национным числом 8.
При растворении хрома в расплаве меди среда способна ионизировать его
атомы лишь до первого устойчивого состояния (Cr1+) с достаточно стабильными,
наполовину заполненными 3d5 наружными электронными оболочками ионов. Связи
Cu1+ – Cu1+ и Cr1+ – Cr1+ и Cu1+ – Cr1+ практически равноценны из-за подобия формы
наружных орбиталей ионов Cu1+ и Cr1+ (сферическая симметрия) и близости ион-
ных радиусов [5]. Поэтому в диапазоне содержаний хрома, который соответству-
ет участку АВ линии ликвидуса (приблизительно до 35 ат.% Cr, рис. 1), расплавы
представляют собой близкие к истинным растворы замещения. В них сохраняется
механизм взаимодействия между ионами, характерный для областей локального
порядка расплава чистой меди (координационное число 12).
При увеличении содержания хрома сверх величины, соответствующей
т. В (рис. 1), среда уже способна ионизировать заметное количество ато-
мов хрома до состояния Cr6+ со второй стабильной 3р6 конфигурацией на-
ружных электронных оболочек. Вследствие различия внешних конфигураций
однократно и шестикратно заряженных ионов парные связи между ионами
с одинаковыми зарядами (Cr6+ – Cr6+, Cr1+ – Cu1+, Cu1+ – Cu1+ Cr1+ – Cr1+) энер-
гетически предпочтительнее связей между ионами с разными зарядами
(Cr6+ – Cu1+ и Cr6+ – Cr1+). Поэтому в расплаве проявляется заметная микрогетероген-
ность: в среде, образованной однократно заряженными ионами, в которой строение
областей локального порядка характеризуется координационным числом 12, пе-
риодически возникают группировки ионов Cr6+ со строением, характеризующимся
координационным числом 8. Об этом косвенно свидетельствуют перегиб в т. В, а
также практически прямолинейный участок ВС линии ликвидуса (рис. 1). Следует
подчеркнуть, что потенциальным
барьером, определяющим мини-
мальное количество ионов Cr6+ в
группировках, обеспечивающее
их устойчивость, является поверх-
ностная энергия, возникающая
на границе раздела группировка-
среда, а из-за большой величины
шестого ионизационного потенци-
ала атомов хрома доля ионов Cr6+
относительно невелика, поэтому
вероятность образования устой-
чивых зародышей новой фазы не-
значительная.
При увеличении содержания
хрома сверх соответствующего т. С (около 86 ат.% Cr, рис. 1) среда уже способна
ионизировать практически все атомы хрома до состояния Cr6+ и перевести 3d10
наружные оболочки ионов Cu1+ в состояние d4+6. Большая (около 6 электронов на
атом) концентрация свободных электронов обеспечивает перекрывание наружных
электронных орбиталей ионов Cr6+ и Cu1+. Поэтому в окрестности т. С изменяется
характер взаимодействия между ионами. При содержании хрома, соответствующего
участку CD (см. рис. 1), строение областей локального порядка расплава описыва-
ется координационным числом 8.
Именно значительным разрывом между величинами потенциалов однократной и
шестикратной ионизации атомов хрома (рис. 2) и невысокой ионизирующей способ-
ностью меди можно объяснить предельно малую по концентрации протяженность
области двухфазного состояния расплавов системы Cu-Cr. В силу указанных причин
2000
1600 В
Те
м
п
е
р
ат
ур
а,
0
С
1200
800
0 20 40 60 80 100
Cu Содержание хрома, % ат. Cr
Ж + (СК)
(Сu) + (Cr)
C
D
Ж
А
Рис. 1. Линия ликвидуса диаграммы состояния
системы медь-хром
64 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012. № 6 (96)
Новые литые материалы
область расплавов, в которых строение сиботаксических группировок описывается
координационным числом 12, простирается вплоть до границ существования рас-
плавов, в которых строение областей локального порядка характеризуется коор-
динационным числом 8 (рис. 1).
Наличие протяженных по концентрации областей двухфазного состояния рас-
плавов систем медь-тяжелые аналоги хрома (��-��, ��-�) �2� может служить под-��-��, ��-�) �2� может служить под--��, ��-�) �2� может служить под-��, ��-�) �2� может служить под-, ��-�) �2� может служить под-��-�) �2� может служить под--�) �2� может служить под-�) �2� может служить под-) �2� может служить под-
тверждением приведенных выводов. В силу меньших значений шестого ионизаци-
онного потенциала атомов молибдена и вольфрама (рис. 2) они относительно легко
переходят в состояние Ме6+, причем концентрация ионов с р6 внешними оболочками
в расплаве оказывается достаточной для образования устойчивых группировок,
строение которых характеризуется координационным числом 8. Такие группировки
ионов Ме6+ являются основой второй жидкой фазы. Поэтому вследствие меньших
(чем у хрома) значений шестых ионизационных потенциалов молибдена и вольфра-
ма в расплавах систем ��-�� и ��-� сосуществование двух жидких фаз в широком
концентрационном интервале является термодинамически выгодным.
Еще одним подтверждением может служить наличие обширной области двух-
фазного состояния расплавов на диаграмме Ag-�r �2� (серебро является тяжелым
аналогом меди): оно способно ионизировать атомы хрома до состояния �r6+ вслед-
ствие большего заряда ядра атома серебра (+47) по сравнению с зарядом ядра
атома меди (+29).
По результатам анализа наружных электронных оболочек ионов компонентов
расплавов системы ��-�r можно сделать следующие выводы:
• Наличие двух устойчивых степеней ионизации атомов хрома до металлического
состояния (�r1+ и �r6+) с различающимися строениями наружных электронных обо-
лочек ионов позволяет им входить в микрогруппировки с различающимися строе-
ниями (К12 и К8 для ионов �r1+ и �r6+ соответственно);
• Предельно малую концентрационную протяженность области двухфазного со-
стояния расплавов системы ��-�r можно объяснить большой величиной шестого
ионизационного потенциала атомов хрома и недостаточно сильной ионизирующей
способностью меди.
Установленные причины существования расплавов системы ��-�r в виде двух
различающихся по строению фаз позволяют более осознанно подойти к решению
задачи выбора бинарных металлических систем для основ многокомпонентных
сплавов систем монотектического типа.
П
о
те
н
ц
и
ал
и
о
н
и
за
ц
и
и
, э
·В
Степень ионизации
Рис. 2. Потенциалы ионизации атомов хрома, молибдена, вольфрама
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012 № 6 (96) 65
Новые литые материалы
1. Кириевский Б. А., Христенко В. В., Перелома Е. В. Уточнение параметров области несмеши-
ваемости в жидком состоянии диаграммы Cu-Cr // Металлофизика и новейшие техноло-
гии. – 2000. – № 5. – С. 7-15.
2. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник в 3 т. / Под ред.
Н. П. Лякишева. – М.: Машиностроение, 1996.
3. Григорович В. К. Влияние электронного строения легирующих элементов на образование
металлических растворов // Теоретические и экспериментальные методы исследования
диаграмм состояния металлических систем. – М.: Наука, 1969. – С. 7-24.
4. Христенко В. В., Руденко М. А., Ушкалова О. В. Об ограниченной взаимной растворимости
компонентов в расплавах бинарных металлических систем монотектического типа // Про-
цессы литья. − 2012. − № 5. − С. 13-19.
5. Свойства элементов. Физические свойства: Справочник. − М.: Металлургия, 1976. − 600 с.
Поступила 30.07.2012
УДК 532.5:533.6.01:531.1
В. П. Лихошва, Е. А. Рейнталь, Л. А. Бондарь,
А. Н. Тимошенко
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ДВИЖЕНИЯ ЧАСТИЦЫ
НА ГРАНИЦЕ ГАЗ-ЖИДКОСТЬ И В ЖИДКИХ СРЕДАХ
Исследованы гидродинамические процессы в модельной жидкости и расплавах при вводе
в них дисперсных материалов. Изучено поведение керамических частиц (Fe
3
O
4
, ТіС, Al
2
O
3
)
в алюминии и алюминиевых расплавах, а также металлических и неметаллических частиц
(Fe
3
O
4
, 9Х18, смесь Fe
3
O
4
и ТіС) в жидкой меди и медных расплавах в зависимости от физи-іС) в жидкой меди и медных расплавах в зависимости от физи-) в жидкой меди и медных расплавах в зависимости от физи- в жидкой меди и медных расплавах в зависимости от физи-
ческих и физико-механических характеристик материала вводимого порошка. Определены
значения скоростей осаждения (всплывания) частиц, глубин погружения и времени их взаимо-
действия с жидкой матрицей. На основе полученных данных представлены рекомендации по
использованию исследуемых материалов в процессах получения композиционных изделий.
Ключевые слова: дисперсная частица, расплав, осаждение.
Досліджено гідродинамічні процеси в модельній рідині та розплавах при введенні в них дис-
персних матеріалів. Вивчено поведінку керамічних частинок (Fe
3
O
4
, ТіС, Al
2
O
3
) в алюмінії та
алюмінієвих розплавах, а також металевих і неметалевих часток (Fe
3
O
4
, 9Х18, суміш Fe
3
O
4
та ТіС) в рідкій міді та мідних розплавах в залежності від фізичних та фізико-механічних
характеристик матеріалу введеного порошка. Визначено значення швидкостей осадження
(спливання) частинок, глибин занурення і часу їх взаємодії з рідкою матрицею. На основі
|