Образование электронных соединений при легировании магния

30.10.2019

В сплавах медь—цинк первичный твердый раствор при 454° С стабилен вплоть до предельной концентрации 38,5% атомн. Zn. При большем содержании цинка в сплаве наряду с твердым раствором, имеющим гранецентрированную кубическую структуру, появляется новая фаза с объемноцентрированной кубической структурой. Приблизительно при 50% атомн. Zn существует только одна новая фаза. При дальнейшем увеличении содержания цинка сначала появляется одна хрупкая фаза со сложной искаженной кубической структурой (структура у-латуни), а затем другая хрупкая фаза с гексагональной плотноупакованной структурой. Подобная последовательность фаз встречается во многих других сплавах систем на основе меди, серебра и золота. Эти фазы имеют аналогичные структуры, но для растворенных веществ различной валентности они появляются при различном составе. Установлено, однако, что фазы с объемноцентрированной кубической структурой встречаются при электронной концентрации, равной 1,5; фазы со структурой у-латуни при электронной концентрации 21/13 и фазы с гексагональной плотноупакованной структурой при концентрации 7/4. По этой причине такие фазы называют «электронными соединениями»; число валентных электронов на атом в сплаве определяет возникновение той или иной кристаллической структуры и состав сплава, при котором эта решетка появляется.

Объяснение этого явления было дано Джонсом, который указал на то, что первая зона Бриллюэна для структуры у-латуни имеет такую форму, что она может содержать несколько больше электронов, чем то число электронов на атом, которое соответствует у-латуни. Поэтому в у-латуни первая зона Бриллюэна заполняется до уровня, соответствующего точке А на рис. 11; дальнейшее увеличение числа электронов на атом должно вызывать, как уже указывалось выше, резкое возрастание энергии решетки. Когда первая зона Бриллюэна почти заполнена (см. рис. 8), структура имеет более низкую электронную энергию, чем она должна была бы. иметь, если бы то же число электронов было действительно свободным. Решетка у-латуни при 21/13 электронах на атом более стабильна, чем любая другая решетка, которая соответствует более свободным электронам, потому что в у-латуни соответствующая зона только частично заполнена.

Следовательно, причина существования решетки у-латуни при определенной электронной концентрации заключается в том, что при данном числе электронов на атом в почти заполненной зоне энергия решетки остается минимальной. Подобные рассуждения применимы и к другим электронным соединениям. Отсюда ясна, например, причина ограничения растворимости в первичном твердом растворе при электронной концентрации 1,4. При этом числе электронов на атом первая зона гранецентрированной кубической (решетки заполнена до уровня, показанного приблизительно точкой А на рис. 46. Так как N(E)-кривая начинает опадать при более высоких энергиях, чем это соответствует точке А, добавление электронов должно резко увеличить электронную энергию при условии, что решетка остается неизменной. На рис. 46 видно, однако, что N(E)-кривая для первой зоны Бриллюэна, соответствующей объемноцентрированной кубической решетке электронного соединения 3/2, при данном числе электронов на атом все еще возрастает, так что дополнительные электроны могут занимать эту зону без заметного увеличения энергии. Следовательно, при этих условиях гранецентрированная кубическая структура становится настабильной по сравнению с объемноцентрированной структурой.
Образование электронных соединений при легировании магния

Следует отметить, что, согласно рассмотрению равновесия в сплавах с точки зрения зон Бриллюэна, изменение энергии электронов является главным фактором, определяющим относительные свободные энергии различных фаз. Таким образом, точка А на рис. 46 приблизительно кривой зависимости свободной энергии от состава для гранецентрированной кубической структуры и с увеличением числа электронов на атом кривая перегибается вверх.

Приведенное описание некоторых основных положений теории сплавов на основе меди и серебра далеко не полное, но оно полезно для более легкого понимания теории магниевых сплавов. Значительно более детальное описание можно найти в литературе, описок которой приведен в конце этой главы. Следует помнить, однако, что наличие сравнительно простых эффектов, обусловленных различием валентности растворенного металла и растворителя, является следствием того, что первые зоны. Бриллюэна для меди, серебра и золота заполнены только наполовину. Теория магниевых сплавов имеет много общего с теорией одновалентных металлов, но существуют важные отличия, на которые будет обращено внимание в дальнейшем.


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