Анализ c позиции классической термодинамики экспериментальных данных по изменению температуры и энтальпии плавления эвтектических сплавов при изменении взаимной ориентировки фаз

А.М. Савченко1, Ю.В. Коновалов1, А.В. Лаушкин1
1АО «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара» (АО «ВНИИНМ»), 123060, г. Москва
Аннотация
Проведены эксперименты по проверке гипотезы о возможном увеличении температуры плавления эвтектики при нарушении взаимной ориентировки фаз. Нарушение взаимной ориентировки фаз должно переводить эвтектический сплав из состояния термодинамической системы в механическую смесь фаз. Для нарушения взаимной ориентировки фаз семь эвтектических сплавов на основе алюминия были прокатаны с разной степенью деформации. Методом дифференциального термического анализа (ДТА) на одних и тех же образцах определялась температура и энтальпия плавления эвтектических сплавов в равновесном состоянии и после нарушения взаимной ориентировки фаз. Было получено увеличение температуры плавления до 22 ºС, а также уменьшение энтальпии плавления на 7-14%. Впервые удалось перегреть сплав выше температуры плавления на столь большую температуру без прохождения фазового превращения при низких скоростях нагрева (80 град/мин). Данный эффект можно объяснить тем, что величина свободной энергии фаз, составляющих эвтектику, меньше, чем у исходных фаз и не зависит от межфазной поверхностной энергии. Термодинамическое равновесное состояние эвтектических сплавов сохраняется только при определенной взаимной ориентировке фаз в эвтектике, что позволяет осуществлять электронное взаимодействие и металлическую связь между фазами, ведущую к понижению энергии системы, а также понижению температуры плавления эвтектик, что термодинамически отличает эвтектический сплав от механической смеси фаз. Обнаруженное новое явление требует дальнейшего изучения и экспериментального подтверждения на различных типах сплавов, в том числе и на простых эвтектиках без интерметаллических соединений.
Получена: 18 марта 2016   Исправлена: 10 августа 2016   Принята: 12 августа 2016
Просмотры: 47   Загрузки: 17
Ссылки
1.
A.I. Somov, M.A. Tikhonovsky. Eutectic Compositions. Moscow, Metallurgy (1975) 304 p. (in Russian) [А.И.Сомов, М.А Тихоновский. Эвтектические композиции. М.: Металлургия, 1975. 304 с.]
2.
A.H. Cottrell Theoretical Structural Metallurgy. Arnold London. (1948) 256 p.
3.
I. Prigogine, R. Defay. Chemical Thermodynamics. Wiley. (1954) 543 p.
4.
A.A. Bochvar. Metal Science, Moscow, Metallurgy, (1956) 494 p. [Бочвар А.А. Металловедение, М., Металлургиздат, 1956. 494 с.]
5.
A.M. Savchenko, Y.V. Konovalov, O.I Uferov. Journal of Physical and Chemical Materials Treatment. 3, 5-14 (2005), (in Russian) [А.М. Савченко, Ю.В. Коновалов, О.И Юферов. Физика и химия обработки материалов. 3. 5-14 (2005)]
6.
A.M. Savchenko, N.I. Nogin, O.I. Uferov. Issues of Atomic Science and Engineering. Materials Science and Novel Materials. 2(73), 18-24 (2012), (in Russian) [А.М. Савченко, О.И. Юферов, Н.И. Ногин. Вопросы атомной науки и техники. Материаловедение и новые материалы. 2(73). 44-51 (2012)]
7.
P.S. Popel, M. Calvo-Dahlborg, U. Dahlborg. Metastable microheterogeneity of melts in eutectic and monotectic systems and its influence on the properties of the solidified alloy. Journal of Non-Crystalline Solids. 353, 3243–3253 (2007)
8.
D. Yagodin, P. Popel, V. Filippov. Metastable microheterogeneity of melts in the Ga–Bi system with limited solubility of components in liquid state. Journal of Material Science. 45, 2035–2041 (2010)
9.
A.M. Savchenko, A.V. Laushkin, P. Turchi, M. Fluss. In: Proceedings of Plutonium Futures 2012 – the Science Conference, University of Cambridge, UK, 15-10 July 2012