27.03.2020
Один из самых популярных видов по типу установки – это подвесная раковина. Она монтируется прямо к стене при помощи специальных...


27.03.2020
Деревянные дома часто повреждаются от повышенной влажности, поэтому домовладельцы вынуждены иногда ремонтировать фундамент здания....


26.03.2020
Полноценную жизнь современного человека уже невозможно представить без использования гаджетов. Ноутбуки и смартфоны, планшеты и...


25.03.2020
Сегодня колодцы — это самый распространенный источник воды в загородном водоснабжении дачных участков и частных домов. А чтобы...


25.03.2020
В последнее время жители крупных городов начали менять свое отношение к гламуру. В моду пришло спокойствие, размеренность,...


25.03.2020
Русский язык не зря называют богатым – в нем более двухсот тысяч слов. Однако среднестатистический россиянин активно использует в...


Исследование тройных систем Mg-Zn-Ce и Mg-Zn-Ca

17.07.2019

В последнее время хорошо зарекомендовали себя магниево-цинковые сплавы, содержащие в качестве легирующих добавок церий и кальций. В связи с этим изучение взаимодействия компонентов в системах Mg—Zn—Ce и Mg—Zn—Ca, кроме научного, представляет и определенный практический интерес.

Имеющиеся до настоящего времени сведения об указанных системах либо неполны, либо несколько противоречивы. Тройная система Mg—Zn—Ce была исследована лишь в области магниевого угла с целью определения растворимости цинка и церия в магнии в твердом состоянии. Для системы Mg—Zn—Ca более 40 лет тому назад были построены фазовые равновесия с учетом образования лишь одного тернарного соединения Ca2Mg5Zn5. Значительно позже появились работы, указывающие на существование других тернарных соединений: CaMgZn, Ca2Mg5Zn13 и Ca2Mg6Zn3. Соединение CaMgZn с гексагональной структурой типа MnZn2 (пространственная группа P63/mmc; а = 5,91, с = 9,65 А). Кристаллическая структура остальных соединений неизвестна.

Двойные системы, ограничивающие тройные системы Mg—Zn—Ce и Mg—Zn—Ca, описаны в литературе. Состав, температурный интервал существования и структура бинарных соединений приведены в табл. 1.

Методами рентгеноструктурного анализа (порошка и монокристалла) нами исследовано 150 сплавов системы Mg—Zn—Ce и более 100 сплавов системы Mg—Zn—Ca в области, богатой магнием. Образцы получали путем сплавления исходных металлов (чистота 99,91% Mg; 99,98% Zn; 99,71 % Ce; 99,50%Са) под слоем флюса ВИ2 в электрической печи сопротивления. Термическая обработка сплавов заключалась в отжиге при 300° С в течение 240 ч с последующей закалкой в воде.

Система Mg—Zn—Ce. Изотермический разрез при 300° С представлен на рис. 1. В исследованной части системы обнаружены неизвестные ранее тройные фазы: CeMg7Zn12(1), CeMg3Zn5 (2), Ce(Mg0,6-0,8Zn0,4-0,2)2Zn (3), Ce(Mg0,50-0,85Zn0,50-0,15)9 (4). Фазы 3 и 4 переменного состава, для них характерно наличие значительной области гомогенности вдоль изоконцентрат 25 и 10 ат. % Ce соответственно. Область гомогенности фазы 3 включает состав Ce2Mg3Zn3. Как показали проведенные нами исследования (о них сообщается в отдельной статье), структура соединения Ce2Mg3Zn3 кубическая (а = 7,064 ± 0,004 А) типа MgLi2Ag (сверхструктура к типу NaTl) или типа AlMnCu2 (сверхструктура к типу BiF3). Способы размещения атомов следующие: MgLi2Ag — пр. гр. F43m; 8 (Mg + Zn) в 4 (а) и 4 (с), 4 Zn в 4 (b), 4 Ce в 4 (d); AlMnCu2 — пр. гр. Fm3m; 4 Ce в 4 (а), 4 Mg в 4 (b), 8 (Mg + Zn) в 8 (с). Результаты расчета интенсивностей отражений для указанных типов одинаково хорошо согласуются с наблюдаемыми на порошкограмме соединения Ce2Mg3Zn8 (фактор расходимости R = 11 % в обоих случаях).

В системе Mg—Zn—Ce на основе бинарных соединений магния с церием образуются твердые растворы (магний замещается цинком). Как видно, например, из рис. 2, а, период решетки CeMg3 уменьшается линейно с увеличением содержания цинка от 7,428 для CeMg3 до 7,076 А для граничного твердого раствора. Такой же характер изменения периода решетки свойствен твердому раствору на основе соединения Ce2Mg3Zn3.

Между изоструктурными соединениями CeMg и CeZn образуется непрерывный ряд твердых растворов. Изменение периода решетки твердого раствора на разрезе CeMg—CeZn иллюстрирует рис 2, б.

Система Mg—Zn—Ca. В результате исследования равновесий в системе Mg—Zn—Ca при 300° С нами подтверждено существование всех известных ранее тернарных соединений (рис. 3). Однако, по нашим данным, соединению, наиболее богатому цинком и идентифицированному как Ca2Mg5Zn13, соответствует состав CaMg3Zn6. Сплав состава Ca2Mg5Zn13, содержащий 10 ат. % Ca, 25 ат. % Mg и 65 ат. % Zn, оказался гетерофазным.

Исследование монокристалла, отобранного из сплава, содержащего 10 ат. % Ca, 30 ат. % Mg и 60 ат. % Zn, показало, что соединение CaMg3Zn6 кристаллизуется в гексагональной решетке с периодами а = 14,75 А, c = 8,79 А. Кристаллическая структура соединений Ca2Mg6Zn3 и Ca2Mg5Zn5 нами не определялась, но сходство порошкограмм этих соединений указывает на возможную родственность их структур.

Представляет интерес тот факт, что в системах Mg—Zn—Ce и Mg—Zn—Ca в равновесии с твердым магниевым раствором, содержащим максимальное количество цинка (около 2 ат. %) находятся соединения CeMg7Zn12, CaMg3Zn6 и Mg7Zn3. Расположение и интенсивность линий на порошкограммах соединений CaMg3Zn6 и CeMg7Zn12 свидетельствует об их изоструктурности. Вполне вероятно влияние этих фаз на упрочнение магниево-цинковых сплавов, легированных церием и кальцием. Равновесия с участием фазы Mg7Zn3 не совсем согласуются с последним вариантом так называемой фазовой диаграммы Mg—Zn, согласно которой Mg7Zn3 при температуре ниже 312° С претерпевает эвтектоидный распад.

Нами изучалась кристаллическая структура бинарного соединения Mg7Zn3. Монокристалл был получен из сплава эквиатомного состава. С целью получения монокристалла расплав от 400° С охлаждался в течение 30 мин. до температуры 340° С, выдерживался при этой температуре 1 ч и охлаждался со скоростью 10° С/ч до 310° С, затем сплав закалялся. Анализ лауэграмм и рентгенограмм вращения показал, что структура Mg7Zn3 ромбическая (а = 14,04; b = 14,04; с = 14,45 А); возможные пространственные группы Immm, I222, I212121, Imm2; число атомов в элементарной ячейке 140 (ррасч = 2,99, рэксп = 3,03 г/см3).

Выводы

Методами рентгеноструктурного анализа (порошка и монокристалла) исследованы сплавы систем Mg—Zn—Ce и Mg—Zn—Ca из области, богатой магнием.

1. На основании исследования 150 сплавов построен изотермический разрез при 300° С системы Mg—Zn—Ce. Установлено существование четырех тернарных соединений: CeMg7Zn12, CeMg3Zn5, Ce2Mg3Zn3 с областью гомогенности вдоль изоконцентраты 25 ат. % Ce и Ce(Mg0,50-0,85*Zn0,50-0,15)9.

2. Методом порошка определена кристаллическая структура соединения Ce2Mg3Zn3. Ему свойственна кубическая гранецентрированная решетка (а = 7,064±0,004 А) типа MgLi2Ag (пр. гр. F43m) или AlMnCu2 (пр. гр. Fm3m).

3. Определены фазовые равновесия в системе Mg — Zn — Ca (более 100 сплавов) при 300° С. Подтверждено существование четырех тернарных соединений: CaMg3Zn6, CaMgZn, Ca2Mg5Zn5, Ca2Mg6Zn3. Состав CaMg3Zn6 является уточненным составом известного ранее соединения Ca2Mg5Zn13.

4. С помощью метода монокристалла установлено, что соединение CaMg3Zn6 кристаллизуется в гексагональной решетке с периодами а = 14,75 А , с = 8,79 А. Соединения CaMg3Zn6 и CeMg7Zn12 изоструктурны.

5. Проведен первый этап рентгеноструктурного исследования (метод монокристалла) кристаллической структуры соединения Mg7Zn3: решетка ромбическая объемно-центрированная (я = 14,04; b = 14,04; с = 14,45 А); число атомов в элементарной ячейке 140 (ррасч = 2,99; рэксп = 3,03 г/см3); возможные пространственные группы: Immm, I222, I212121, Imm2.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна