Исследование тройных систем Mg-Ga-Pb, Mg-Ga-Sn, Mg-In-Pb и Mg-Tl-Pb

Расширение областей применения магниевых сплавов в современной технике стимулирует исследования физико-химического взаимодействия магния с принципиально новыми легирующими добавками, среди которых элементы III и IV главных подгрупп периодической системы. Диаграммы состояния, являющиеся основой для разработки новых сплавов, для тройных систем Mg — AIII — BIV (где АIII — Al, Ga, In, Tl; BIV — Si, Ge, Sn, Pb) в большинстве своем не изучены, поэтому их исследование — актуальная задача металловедения специальных магниевых сплавов.

Двойные системы Mg — {Ga, In, TI} и Mg — {Sn, Pb} изучены достаточно подробно. Характер взаимодействия магния с галлием, индием и таллием существенно отличается от взаимодействия в системах Mg — {Sn, Pb}. В последних образуются полупроводниковые соединения Mg2Sn и Mg2Pb, подчиняющиеся валентным соотношениям. В системах же Mg — {Ga, In, Tl} существуют многочисленные типично интерметаллические фазы. Для обеих групп соединений характерно повышение химической активности при увеличении главного квантового числа элемента-партнера магния. Отмеченные различия в строении двойных систем магния с элементами подгрупп галлия и кремния вызывают также теоретический интерес к взаимодействию в тройных системах Mg — АIII — BIV. Из этой группы систем в литературе известны исследования тройных систем Mg — Al — {Si, Ge, Sn}. Все они характеризуются отсутствием тернарных соединений и небольшой взаимной растворимостью бинарных фаз.

В настоящей работе представлены результаты рентгеновского и микроскопического исследований фазовых равновесий в системах Mg — Ga — Sn, Mg — Ga — Pb (в полном концентрационном интервале) и Mg — In — Pb, Mg — Tl — Pb (в области 0—50 ат. % индия или таллия соответственно).

Сплавы приготовлялись из металлов чистоты не менее 99,98% (Mg, Tl) и 99,99% (Ga, In, Pb). Шихту сплавляли в электропечи сопротивления в тиглях из окиси алюминия под слоем флюса, содержащего карналит. Потери при сплавлении не превышали 0,5%. Термическая обработка заключалась в отжиге при температуре 250 или 300° С с последующим резким охлаждением. Рентгенограммы порошка получали на аппаратах УРС-55а с использованием неотфильтрованного CrK а-излучения. Микроструктуру некоторых сплавов снимали на микроскопе МИМ-7. В качестве травителя использовали 3%-ный раствор HNO3 в спирте.


Сплавы, содержащие индий, таллий, свинец, легко окисляются на воздухе, поэтому все операции с ними проводились в индифферентном масле.

Система Mg—Ga—Sn. Фазовый состав 30 тройных сплавов и построенные на этой основе фазовые равновесия представлены на рис. 1, а. Соединение Mg2Sn находится в равновесии с бинарными фазами системы Mg—Ga. Легкоплавкие сплавы, содержащие меньше 50 ат. % магния, гомогенизирующему отжигу не подвергались. На рисунке указан их фазовый состав. Тернарных соединений в системе не обнаружено. Микроструктуры некоторых сплавов представлены на рис. 2.

Система Mg—Ga—Pb. Диаграмма фазовых равновесий по результатам исследования 34 сплавов представлена на рис. 1, б. Соединение Mg2Pb находится в равновесии с Mg5Ga22 Mg2Ga и тернарной фазой X. Последняя находится на разрезе Mg2Pb—MgGa и имеет примерный состав Mg5Pb2Ga. Рентгенограмма этого соединения (см. таблицу) не обнаруживает сходства с рентгенограммой высокотемпературной модификации Mg2Pb2 для которой в работе предполагается структура типа Ca2Si. Несмешиваемость на основе системы Ga — Pb простирается до 35 ат. % магния.

Системы Mg—In—Pb и Mg—Tl—Pb. Фазовые равновесия в системе Mg — In — Pb исследованы на 36, а в системе Mg—Tl—Pb на 40 тройных сплавах. Изотермические сечения части этих диаграмм по результатам рентгенофазового анализа представлены на рис. 3. Растворимость третьего компонента в соединении Mg2Pb не превышает 10 ат. %. Этот твердый раствор находится в равновесии с бинарными фазами систем Mg—In и Mg—Tl. Существуют также широкие двухфазные области: твердый раствор на основе Mg2Pb — твердый раствор на основе свинца. Тернарных соединений в изученной области диаграмм не обнаружено.