Соединение металлов в жидкой фазе

При производстве металлических композитов литьем, пайкой и наплавкой соединение составляющих происходит в результате взаимодействия твердого металла с жидким или двух жидких металлов.

Способность металлов к соединению в этих случаях определяется их взаимной растворимостью, а также возможностью образования хрупких химических соединений — интерметаллидов. Металлы, не обладающие взаимной растворимостью в жидком состоянии, при расплавлении образуют несмешивающиеся слои, которые после затвердевания легко разделить. Наиболее прочное соединение образуют металлы, способные к неограниченной взаимной растворимости не только в жидком, но и в твердом состояниях. Промежуточное положение занимают композиции металлов, имеющих ограниченную растворимость в твердом состоянии; металлов, нерастворимых в твердом, но растворимых в жидком состоянии, а также металлов, образующих интерметаллидные фазы.

Взаимная растворимость металлов определяется сходством их кристаллических решеток, соотношением атомных радиусов и другими факторами. Следует учитывать, что растворимость металлов, образование интерметаллидов в значительной мере зависят от температуры, поэтому правильный выбор режимов получения композиционных материалов во многих случаях позволяет уменьшить отрицательное влияние ограниченной растворимости, свести к минимуму или полностью исключить образование хрупких соединений.

В большинстве технологических процессов рассматриваемой группы соединение металлов достигается при взаимодействии расплавленного металла с твердым. Образование прочного соединения при этом во многом определяется явлениями, происходящими на границе раздела: поверхностное и межфазное натяжение; смачивание твердой поверхности металла жидким; растекание жидкого металла по поверхности твердого, сопровождаемое диффузией; растворение твердого металла жидким.

Один из основных параметров, характеризующих взаимодействие разнородных металлов в жидкой фазе, — смачивание, способствующее образованию физического контакта между поверхностями соединяемых металлов. Оно определяется соотношением температур плавления твердого и жидкого металлов. Физико-химические процессы в зоне соединения протекают активней, когда температура поверхности твердого металла выше температуры плавления жидкого. Если это условие не выполняется, то жидкий металл на поверхности твердого будет кристаллизоваться, что затруднит процессы смачивания и растекания.

Нередко приходится соединять металлы, имеющие существенную разницу в температурах плавления, например сталь и алюминий. В этом случае необходимо в первую очередь свести к минимуму возможность образования интерметаллических соединений, для чего в расплав обычно вводят элементы, замедляющие образование хрупких фаз, а также покрывают твердый металл слоем другого, не образующего с жидким металлом интерметаллиды.

Если процесс образования соединения двух жидких металлов во многом определяется их перемешиванием в граничной зоне, то взаимодействие жидкого металла с твердым, кроме того, характеризуется растворением твердой составляющей в жидкой. Для получения прочного соединения процессы сварки необходимо проектировать при минимальном развитии процесса растворения твердого металла.

Скорость диффузионных процессов на границе твердый — жидкий металлы характеризуется интенсивностью процесса диффузии в твердом металле, поскольку она во много раз меньше скорости диффузии в жидком металле и определяется, в основном, природой и временем нахождения металлов при повышенных температурах.

Структура зоны соединения составляющих после охлаждения должна соответствовать условиям равновесия твердого и жидкого металлов на диаграмме состояний. Она зависит от скорости процессов растворения и химических реакций. Если скорость химических реакций значительно опережает скорость растворения, может возникнуть промежуточная тутоплавкая фаза, которая затруднит доступ жидкого металла к твердому и задержит образование фазы, возникающей при растворении.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >