Растекание расплавов на основе алюминия по поверхности твердых тел и особенности микроструктуры закристаллизованных материалов

Витюнин, Максим Александрович

Растекание расплавов на основе алюминия по поверхности твердых тел и особенности микроструктуры закристаллизованных материалов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.21 ВАК РФ

Витюнин, Максим Александрович АВТОР

кандидата химических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Челябинск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2009 ГОД ЗАЩИТЫ

02.00.21 КОД ВАК РФ

Диссертация по химии на тему «Растекание расплавов на основе алюминия по поверхности твердых тел и особенности микроструктуры закристаллизованных материалов»

Автореферат диссертации на тему "Растекание расплавов на основе алюминия по поверхности твердых тел и особенности микроструктуры закристаллизованных материалов"

На правах рукописи

ВИТЮНИН МАКСИМ АЛЕКСАНДРОВИЧ

РАСТЕКАНИЕ РАСПЛАВОВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ ПО ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ И ОСОБЕННОСТИ МИКРОСТРУКТУРЫ ЗАКРИСТАЛЛИЗОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 02.00.21 - химия твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Челябинск 2009

003476542

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный педагогический университет» и ГУ «Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук»

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук, доцент

Чикова Ольга Анатольевна

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Бескачко Валерий Петрович

доктор химических наук, доцент Тюрин Александр Георгиевич

Ведущая организация: ГУ «Институт химии твердого тела Уральского

отделения Российской академии наук»

Защита состоится «30» сентября 2009 года в 1400 часов на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 212.295.06 при ГОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет» и ГОУ ВПО «Челябинский государственный университет» по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 69, ауд. 116

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет».

•"""Х Р

Автореферат разослан « ¿.о» августа 2009 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физико-математических наук, доцент / Свирская Л.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Изучение взаимодействия поверхности твердых тел с металлическими жидкостями является одной из актуальных задач химии твердого тела. Процессы изготовления современных функциональных материалов - плавка, пропитка пористых тел расплавами, спекание в присутствии жидкой фазы, пайка, сварка, нанесение покрытий и т.п. - осуществляются в условиях контакта твердых материалов с металлическими расплавами. При контакте поверхности твердых тел с металлическими расплавами наблюдается явление растекания металлической жидкости по поверхности твердого тела до полного растекания или до установления некоторого конечного угла смачивания. Изучение и описание процесса растекания позволяет установить закономерности взаимодействия поверхности твердых тел с металлическими расплавами с целью разработки новых методов синтеза твердофазных соединений и материалов. Процесс растекания металлических расплавов по поверхности твердых тел, как правило, осложняется одновременно протекающим растворением твердого тела в расплаве, диффузией вещества расплава в твердое тело, адсорбцией и химическим реакциями, приводящими к образованию новых фаз. Механизм и закономерности формирования структур переходных слоев при взаимодействии поверхности твердых тел с жидкими металлами являются в большой степени дискуссионными. В данной области химии твердого тела по-прежнему актуально накопление и обобщение эмпирического материала.

Цель диссертационной работы

Изучение растекания металлических расплавов с различным типом диаграмм состояния по поверхности твердых тел и исследование строения получаемых твердофазных материалов для установления закономерностей их взаимодействия.

В соответствии с поставленной целью решались следующие основные задачи:

1. Изучение растекания эвтектических расплавов на основе алюминия по поверхности стали, меди и карбида кремния, а также монотектических расплавов Fe-Cu-C по поверхности графита.

2. Исследование микроструктуры твердофазных материалов, образующихся при взаимодействии стали с расплавами на основе алюминия, и полученных методом контактного легирования расплавов Fe-Cu углеродом.

3. Теоретическое описание процессов диффузионного растворения и диспергирования твердого тела в металлическом расплаве.

Практическая ценность работы:

1. Полученные экспериментальные данные о временных и температурных зависимостях углов смачивания и диаметров пятна смоченной поверхности при растекании расплавов на основе алюминия по поверхности стали и меди, углов смачивания расплавами на основе алюминия подложек из SiC и расплав

вами Fe-Cu графита могут быть использованы в качестве справочных данных/

Т" -

2. Обнаруженные закономерности растекания и особенности структуры формирующихся диффузионных слоев в системах (А1-расплав)/сталь, (А1-Si)/cTanb, (Al-Si)/Meflb; смачивания в системах (Al-Si)/SiC, (Al-pacnnan)/SiC, (Fe-Cu)/C; расслоения сплавов Fe-Cu-C, полученных в результате контактного легирования расплавов Fe-Cu углеродом, могут служить основой для разработки оптимальных технологических режимов получения современных функциональных материалов.

3. Накопленный и обобщенный автором экспериментальный материал с позиции химии твердого тела актуален для развития представлений о механизме и закономерностях формирования структур переходных слоев при взаимодействии поверхности твердых тел с жидкими металлами.

4. Разработанные методы теоретического определения времени растворения твердых металлов в расплаве алюминия и условий самопроизвольного диспергирования твердых металлов при контакте с металлическими расплавами, дают возможность априорной оценки оптимальной температуры синтеза твердофазных соединений и материалов, для которых отсутствуют экспериментальные данные.

Научная новизна:

1. В результате систематического изучения растекания расплавов Al-Si по поверхности стали и меди и смачивания ими поверхности подложек из SiC установлено, что наилучшим растеканием и смачиванием обладает расплав эвтектического состава.

2. Установлено, что длительные времена контакта капли расплава на основе алюминия с поверхностью стали СтЗ приводят к формированию слоя припоя Al3Fe и переходного слоя AlFe с характерной сверхструктурой.

3. Показано, что при контактном легировании расплавов Fe-Cu углеродом, радикально меняется характер смачивания поверхности графита при переходе через эквиатомный состав.

4. При изучении микроструктуры образцов Fe-Cu-C, полученных путем контактного легирования, установлены принципиально новые особенности в характере обособления фаз, зависящие от химического состава образцов.

5. Аналитически и численно оценены характерные времена диффузионного взаимодействия твердых металлов с расплавом алюминия.

6. Теоретически проанализированы условия самопроизвольного диспергирования твердых металлов при контакте с расплавом алюминия.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. результаты измерения временных и температурных зависимостей углов смачивания и диаметров пятна смоченной поверхности при растекании расплавов на основе алюминия по поверхности стали и меди;

2. результаты измерения временных и температурных зависимостей углов смачивания расплавами на основе алюминия подложек из SiC и расплавами Fe-Cu графита;

3. результаты металлографического изучения структуры диффузионных слоев, образованных при растекании расплавов на основе алюминия по поверхности стали СтЗ;

4. результаты металлографического изучения структуры образцов сплавов Fe-Cu-C, полученных способом контактного легирования углеродом расплавов Fe-Cu;

5. результаты компьютерного эксперимента, выполненного методом конечных элементов, который показал наличие трех стадий при диффузионном взаимодействии жидких и твердых металлов;

6. теоретическая оценка времени диффузионного растворения твердых металлов в расплаве алюминия.

Личный вклад соискателя

Все приведенные в диссертации результаты получены автором лично или при его непосредственном участии. Измерения краевых углов и диаметров пятна смоченной поверхности проведены в лаборатории физической химии ГУ «Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук», металлографические исследования выполнены в Центре электронной микроскопии и в лаборатории цветных сплавов ГУ «Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук». В постановке и решении ряда задач и обсуждениях принимали участие к.т.н. В.П. Ченцов и д.т.н. И.Г. Бродова. Личный вклад соискателя состоит в следующем:

1. Проведено экспериментальное изучение температурных и временных зависимостей угла смачивания и диаметра пятна смоченной поверхности при растекании расплавов на основе алюминия по подложкам из стали и меди; угла смачивания расплавами на основе алюминия подложек из карбида кремния, расплавами Fe-Cu подложек из графита.

2. Исследована микроструктура диффузионных слоев, образующихся при растекании расплавов на основе алюминия по стали СтЗ и структура образцов Fe-Cu-C, полученных методом контактного легирования расплавов Fe-Cu углеродом.

3. Проведен теоретический расчет времени растворения твердых метал-. лов в расплаве алюминия.

4. Выполнен теоретический анализ условий самопроизвольного диспергирования твердых металлов при контакте с металлическими расплавами.

Апробация результатов работы

Диссертационная работа обсуждена на заседании объединенного научного семинара кафедр общей физики и естествознания, теоретической физики и технологии физического факультета Уральского государственного педагогического университета, научного семинара лаборатории физической химии Института металлургии УрО РАН.

Основные результаты диссертационной работы были представлены на следующих конференциях: XI и XII Российских научно-технических конференциях «Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов», Екатеринбург - Челябинск, 2004, 2008; III и IV Российских научно-технических конференциях «Физические свойства металлов и сплавов», Екатеринбург, 2005,2007; VIII и IX Российских семинарах «Компьютерное моделирование физико-химических свойств стекол и расплавов», Курган, 2006, 2008; XVI Международной конференции по химической термодинамике в России ( RCCT- 2007),

Суздаль, 2007; Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации», Новосибирск, 2007; Thirteenth International Conference on Liquid and Amorphous Metals - LAM-13», Ekaterinburg, 2007; II Региональной конференции молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем (Крестовские чтения)», Иваново, 2007; III Международной конференции по коллоидной химии и физико-химической механике, Москва, 2008; XII Научном семинаре «Термодинамика поверхностных явлений и адсорбции», Плес, 2008; VII Международном научно-техническом симпозиуме «Наследственность в литейных процессах», Самара, 2008; XIV отчетной конференции молодых ученых УГТУ-УПИ, Екатеринбург, 2008.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 22 работы, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав и списка литературы. Объем основной части работы составляет 124 страницы машинописного текста. Диссертация содержит 56 рисунков и 4 таблиц. Список литературы включает 124 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, ее цель, отражены научная новизна результатов исследования, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен обзор современных физико-химических представлений о взаимодействии поверхности твердых тел с металлическими расплавами при растекании, когда происходит интенсивное растворение твердого тела в металлической жидкости. Проанализирована роль поверхностных явлений на границе «твердый металл - металлический расплав» в процессе растекания. На основании анализа литературных данных сформулированы цель и задачи работы, выбраны объекты исследования.

Во второй главе дан сравнительный анализ методов изучения смачивания и растекания в металлических системах. Описана экспериментальная установка по определению угла смачивания (0°) и диаметра пятна (D) смоченной поверхности, которая позволяла проводить измерение температурных и временных зависимостей 0° и D при растекании металлических расплавов по твердым телам в интервале температур 700-1650° С как при разрежении 10'5 мм рт.ст., так и в инертной атмосфере. Скорость охлаждения металла при кристаллизации во всех случаях составляла ~ 10° С/с. Фотосъемку профиля исследуемой капли проводили цифровой фотокамерой с копированием изображения на компьютер, угол смачивания определяли с помощью программы анализа изображений SIAMS 600 с точностью 0,6 градуса. Случайная погрешность определения краевого угла (0°) не превышала 3 % при доверительной вероятности р=0,95. В работе использовали два метода измерения 0° и D:

1. метод сидящей капли (СК) - классическая методика, состоящая в плавлении исследуемого образца на поверхности подложки. Данный метод использовали для измерения краевого угла смачивания графита расплавами Fe-Cu;

2. метод дозированной капли (ДК) - метод раздельного нагрева легкоплавкого образца и подложки, который позволяет выдавливать жидкий металл и формировать каплю на подложке после разогрева системы до нужных температур. Над подложкой располагали графитовый тигель с отверстием внизу. В тигель помещали легкоплавкий металл, который после расплавления выдавливали через отверстие на подложку с помощью имеющегося в установке устройства для вертикального перемещения держателя. При экструзии жидкого металла через капилляр происходит механическая очистка от покрывающих расплав оксидов. Данный метод использовали для измерения краевого угла смачивания и диаметра пятна смоченной поверхности алюминиевыми расплавами стали (СтЗ), меди (В-3), SiC и TiC.

В качестве исходных компонентов брали металлы высокой степени чистоты, удовлетворяющие требованиям к материалам для измерения физико-химических свойств, и сплавы, полученные в промышленных условиях.

Изучение микроструктуры диффузионных слоев проводили традиционными методами оптической и электронной микроскопии. Химический состав и структуру твердых образцов изучали микрорентгеноспектральным, рентгено-фазовым и металлографическим методами анализа. Металлографические исследования проводили на оптических микроскопах «МБС-9», «Neophot-32» и сканирующем электронном микроскопе «Quanta-200» при различных увеличениях на травленных и нетравленных шлифах. Травление осуществляли в 4% ' растворе HN03, время травления определяли экспериментально. Измерение микротвердости проводили с помощью прибора ПМТ-3 при нагрузке 0,5 Н. Определения структурных составляющих сплавов проводили по ГОСТ 3443-87.

В третьей главе приведены результаты экспериментального исследования растекания расплавов на основе алюминия по металлическим подложкам.

В разделе 3.1. исследовали температурные и временные зависимости угла смачивания (0°) и диаметра пятна (D) смоченной поверхности при растекании расплавов Al-Si по стали СтЗ. Опыты проводили для расплавов с содержанием 1, 2, 12, 14 и 20 ат.% Si в интервале температур от 700 до 1200° С.

Обнаружили, что конечные краевые углы смачивания (&°) для расплавов Al-12%aT.Si, Al-14%aT.Si, Al-20%aT.Si (30-40°) достигаются при нагреве до 800° С. Указанные значения 0° для расплавов Al-l%aT.Si, Al-2%aT.Si наблюдали только при нагреве до 1000° С (рис. 1а). В опытах с расплавами Al-12%aT.Si, Al-14%aT.Si, Al-20%ar.Si максимальную скорость растекания фиксировали при 900° С, для расплавов Al-l%aT.Si, Al-2%aT.Si аналогичный эффект имел место при 1000° С (рис. 16).

AMaT.%S. A!-2aT.%S' А|-12ат.%: А1-14ат.%: А!-20ат.%:

Рис. 1. Зависимости конечных углов смачивания (<9°) и диаметра пятна (D) смоченной поверхности при растекании расплавов Al-Si по стали СтЗ от темпер ратуры капли

Типичная микроструктура диффузионного слоя представлена на рис. 2. Характерно наличие трех зон: припой (П), переходный слой (ПС) и подложка (Пд). Обнаружили признаки изменения геометрии зоны контакта твердого и . жидкого металла, т.е. образование характерного кратера под каплей расплава. Образование кратера вызвано растворением материала подложки в расплаве. Для всех трех зон характерно отличие в значениях микротвердости и химическом составе.

О ;

ШШжШШятШШшШШШш

ттт

пс

5000

га с 7000

л" 6000

о о 5000

а о 4000

о ЗООО

S 2000

1000

■И-

Т 'i

: 100

Al SI

160

L. мкм

250 300

1500

L, мкм

Рис. 2. Микроструктура диффузионного слоя, образовавшегося при растекании расплава А1-20ат.%81 по стали СтЗ (а). Изменение химического состава (б) и микротвердости (в). Стрелка показывает направление вдоль шлифа от переходного слоя (ПС) к припою (П)

Слой П представляет собой фрагментированную зону с большим количеством макродефектов в виде трещин и пустот; слой ПС имеет специфическую структуру и химический состав, отвечающий интерметаллиду AlxFey(Sí); микроструктура слоя Пд соответствует структуре отожженной стали. Увеличение содержания кремния в сплаве Al-Si с 12aT.%Si до 20aT.%Si приводит к уменьшению ширины слоя (ПС) от 250 до 170 мкм, а его микротвердость увеличивается от 5500 МПа до 6500 МПа. Вблизи границы с подложкой можно выделить очень узкую, шириной до 10 мкм, область, в которой происходит резкое снижение концентрации Al и Si до уровня, соответствующего содержанию этих элементов в стали (рис. 36).

а б

Рис. 3. Микроструктура переходного слоя образца «сталь СтЗ - сплав А1-20ат.%8Ъ> (а), изменение его элементного состава (б)

Несмотря на плавное изменение элементного состава, микроструктура переходного слоя очень неоднородна и состоит из нескольких зон. Особенно дефектной, с большим количеством интерметаллидной фазы, является зона, примыкающая к припою. Трещины (линии растрескивания) идут от поверхностного слоя вовнутрь переходного слоя. Со стороны подложки граница более ровная, без явных трещин и пор (рис. 2а).

В разделе 3.2. приведены данные измерений временных и температурных зависимостей 0° я О смоченной поверхности при растекании расплавов алюминия марки А999, А1-1ат.%81 и А1-12ат.%81 по меди В-3 (рис. 4а).

Обнаружили, что расплавы чистого алюминия и А1-12ат.%81 практически полностью смачивают медную подложку уже при 800° С, при этом 0° уменьшается до 6°. Конечный О смоченной поверхности при этом изменяется незначительно (рис. 46).

25201510-

At-1aT.%Si -o-Al-12aT.%Si .....■ Al

1a-

1715

13 12-

650 900

T, с

—.к;;

- AI-1aT.%Si

- AI-12aT.%Si Al

650 T, С

-T"

а б

Рис. 4. Зависимости конечных углов смачивания (0°) - (а) и диаметра пятна (О) - смоченной поверхности (б) при растекании расплавов алюминия по меди В-3

В разделе 3.3. измерены температурные и временные зависимости 0° и й смоченной поверхности расплавов промышленных композиций АЛ852 (2%Си, 0,75%М^, 6,25%8п, 1,2%№), АЛ5М (4,5%Э1, 1%Си), АЛ9 (9%Б0, 7075 (1,6%Си, ' 2,5%М§, 5,6%2п, 0,23%Сг) по стали СтЗ (рис.5).

г" ? 0М-]

'"Г 160-

• U 140-

12 120-

-10 100-

-« во-

*0-

0 ->ва 160 140 -

О УГОЛ ■ ■-О(мм)

.-Угол i D (мм)

О - Угол ■ D (мм)

-о -Угол »' D (мм)

Рис. 5. Зависимости конечных углов смачивания (0°) и диаметра пятна (£>) смоченной поверхности от температуры расплава при растекании расплавов алюминия по стали СтЗ

Обнаружили, что расплавы АЛ9, 7075, АЛ5М смачивают поверхность стали СтЗ при температуре 900° С, расплав АЛ852 - при температуре 800° С; интенсивное растекание жидкого металла для всех изученных композиций происходит при 1000° С. Температура перехода от несмачивания к смачиванию

коррелирует с термодинамической стабильностью оксидной плёнки на поверхности алюминиевого расплава.

Исследовали диффузионные слои, образующиеся при контакте расплавов АЛ852, АЛ5М, АЛ9, 7075 со сталью СтЗ.

Для всех образцов также характерно наличие трех зон, описанных выше: припой (П), переходный слой (ПС) и подложка (Пд). Обнаружили признаки изменения геометрии зоны контакта твердого и жидкого металла, т.е. образование характерного кратера под каплей расплава.

Для всех трех зон характерны различия в значениях микротвердости и химическом составе (рис. 6).

Рис. 6. Микроструктура образцов «сталь СтЗ/сплав АЛ9» (а), микротвердость (б). Стрелка показывает направление вдоль шлифа от переходного слоя (ПС) к .припою (П)

Согласно данных микрорентгеноспектрального анализа и измерений микротвердости при контакте расплавов АЛ852, АЛ9, 7075 и АЛ5М со сталью СтЗ слой припоя имеет состав близкий к соединению FeAl, а переходный слой имеет состав близкий к соединению Fe3Al. Наибольшая ширина переходного слоя у образцов «сталь СтЗ/сплав АЛ9» и «сталь СтЗ/сплав А852» - 500 мкм, несколько меньше она у образца «сталь СтЗ/сплав 7075» - 400 мкм, у образца «сталь СтЗ/сплав АЛ5М» ширина переходного слоя составляет 300 мкм.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований смачивания расплавами на основе алюминия подложек из SiC,

Исследовали зависимости углов смачивания подложек из SiC жидким алюминием марки А999 и сплавами Al-Si от температуры расплава.

Смачивание расплавом алюминия подложек из SiC наблюдали только в вакууме при 1200° С. Отметим, что наилучшим смачиванием подложек из SiC обладает расплав Al-Si эвтектического состава при температуре 1200° С, в этом случае контактный угол в течение первых 45 минут уменьшается от 130 до 10°

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 L, МКМ

(рис. 7).

Изучили смачивание SiC жидкими сплавами алюминия с титаном и цирконием и смачивание TiC расплавом алюминия марки А999.

Смачивание расплавом алюминия подложек из карбидсодержащего наполнителя происходит при температуре 1000° С и идет более интенсивно для подложки из TiC по сравнению с подложкой из SiC.

Смачивание подложек из SiC расплавом Al-14aT.%Si начинается при 1000° С - краевой угол при 5-минутной выдержке уменьшается от 155 до 130° -и происходит более интенсивно, чем для расплава чистого алюминия или расплавов Al-7aT.%Zr и Al-4aT.%Ti. Таким образом, получение литых композиционных материалов с алюминиевой матрицей в атмосфере очищенного гелия технологически оптимально при использовании в качестве наполнителя TiC, а в качестве пропитки - расплавов Al-Si, с составом, близким к эвтектическому.

0 150 1

140 130 120 110 100

~г—í

■ ■• 1200

- о- 1100

- а- 900

t (мин)

Рис. 7. Временные зависимости угла смачивания расплавом А1-12ат.%81 подложки из БЮ при нанесении расплава на подложку при Т=900, 1100 и 1200° С; 0° - угол смачивания, 1 - время (мин)

В пятой главе представлены результаты измерения краевого угла смачивания графита расплавами Fe-Cu и металлографический анализ полученных образцов Fe-Cu-C. Углы смачивания измеряли в интервале температур от 1420 до 1620° С с выдержкой при каждой температуре 20 минут, съемку профиля капли проводили через каждую минуту.

Результаты исследований представлены на рис. 8. Измерили углы смачивания графита расплавами Fe-Cu следующих составов: Fe-20aT.%Cu, Fe-40ат.%Си, Fe-60aT.%Cu. Все изученные композиции смачивают графит, значения углов смачивания согласуются с литературными данными, полученными для сплавов, предварительно ненасыщенных углеродом. Углы смачивания расплавами Fe-Cu графита слабо зависят от времени и от температуры.

Угол смачивания графита (0°) расплавом Fe-20aT.%Cu при нагреве от 1420 до 1620° С уменьшается от 49 до 46°, для расплава Fe-40aT.%Cu он не ме-

няется в пределах погрешности измерений и составляет величину 38-39°; для расплава Fe-60aT.%Cu <9° возрастает от 47 до 510 при повышении температуры.

В результате металлографического исследования образцы разделили на две группы - богатые железом и богатые медью. Для обеих групп образцов характерно расслоение металла с вытеснением медной фазы на периферию образца. Для образцов первой группы происходит обособление медной фазы, а для образцов второй группы - фазы, богатой железом. Степень расслоения для расплавов Fe-Cu при переходе через эквиатомный состав также меняется. Расслоение образца Fe-60aT.%Cu+C происходит во всем объеме (рис. 8).

Рис. 8. Макроструктура образца Fe-60aT.%Cu-C (слой 1-2 и 5-6 - первая зона; слои 2-3 и 4-5 - вторая зона; слой 3-4 - третья зона), а - оптическая микроскопия, б - электронная микроскопия и химический состав зон

Для сплавов Fe-20aT.%Cu+C и Fe-40aT.%Cu+C характерна достаточно однородная структура типа «замороженной эмульсии». Это указывает на то, что получение объемных образцов псевдосплавов Fe-Cu-C в результате смачивания графита расплавами Fe-Cu возможно для композиций на основе железа и при низких скоростях охлаждения (1-10° С/с).

Впервые'обнаружили сложное расслоение сплава Fe-60aT.%Cu+C. Структура макрорасслоенного образца Fe-60aT.%Cu+C представляет ядро из белого чугуна (3 зона) в двух оболочках - медной внешней (1 зона) и из серого чугуна - внутренней (2 зона) (рис. 9). Фаза на основе железа расслаивается на сплавы доэвтектического и эвтектического составов во всем объеме образца (рис. 9). Зерна эвтектики «аустенит - графит» - глобулярной формы, а расположенные в фазе на основе меди (рис. 9а), имеют сложную доэвтектическую структуру за счет включения дендритов превращенного аустенита (рис. 96). Таким образом, расслоение характерно как в целом для образца Fe-60aT.%Cu+C, так и для включений отдельных фаз. Последние хорошо видны в оптическом микроскопе после травления образцов (рис. 96).

Обнаружили признаки изменения геометрии зоны контакта твердого и жидкого металла - образование кратера. Кратер наиболее выражен для образца Fe-20aT.%Cu+C и наименее выражен - для образца Fe-60aT.%Cu+C. Зафиксированы явные признаки коррозии материала подложки, т.е. диспергирование графита при контакте с расплавом. Диспергирование графита обнаружили как при контакте с фазой на основе железа, так и с фазой на основе меди.

Рис. 9. Микроструктура фазы на основе меди образца Fe-60aT.%Cu+C

В шестой главе представлены результаты теоретического изучения взаимодействия металлических расплавов с твердыми телами.

Выполнен аналитический и численный расчет времени растворения твердых металлов в расплаве алюминия с учетом процессов на межфазной границе и конвективных движений вещества. Диффузионные процессы рассматривали как изотермические ввиду большой теплопроводности металлических систем, как в твердом, так и в жидком состоянии.

Аналитический расчет времени растворения проводили на основе феноменологической теории растворения. Согласно этой теории, при контакте твердого и жидкого металлов сразу же в приконтактной области образуются разбавленные твердый и жидкий растворы. В пограничном слое жидкости устанавливается предельная растворимость сю и в дальнейшем процесс растворения контролируется диффузией в жидком растворе. Для растворения сферического включения в бесконечной среде без учёта процессов, происходящих на межфазной границе:

д2с 2 дс дс , „ч , s , -.dz dc I

где z0, г- безразмерные координата границы раздела фаз и время. Величину

с — с

времени растворения определяет параметр Л = ——— <0, зависящий от соот-

с.-с

1 СО

ношения концентрации растворяющегося компонента внутри включения Сj, в пограничном слое и в окружающем расплаве алюминия cQ. Если |Л.|«1, включение медленно растворяется в течение большого промежутка времени и только в самом конце процесса - ускоренно. Если ]Я|«1 растворение выделения заканчивается за малые промежутки времени. Учет влияния поверхностного натяжения проводили на основе уравнения Оствальда-Фройндлиха. Обнаружили, что это не всегда ведет к повышению граничной концентрации ст и увеличению X с уменьшением размера частицы.

Аналитическое решение показало, что при температурах, незначительно превышающих ликвидус, характерные времена диффузионного растворения фрагментов тугоплавких переходных металлов (Со, Fe, Мп, Ni, Sc, Zr) размером порядка 1 см измеряются десятками тысяч часов, причем для соответст-

вующих интерметаллидов А13Со, Al3Fe, AI6Mn, АЦМп, Al3Ni, Al3Zr оно в несколько раз меньше; учет процессов, происходящих на межфазной границе растворяющегося включения, еще более замедляет этот процесс; в тех же условиях фрагменты легкоплавких (Sn, In, Mg, Pb) компонентов и полуметаллов (Si, Ge) растворяются менее чем за 1 с; таким образом, одной из причин длительных релаксационных процессов при контакте тугоплавких металлов и их соединений с алюминиевым расплавом может быть аномально медленное растворение твердых металлов.

Численный расчет времени растворения твердых металлов в расплаве алюминия выполняли для ограниченной системы путем решения уравнения диффузии методом конечных элементов: dc/dt-DVc- 0, где c(t,x) - концентрация; D-const - коэффициент диффузии. Рассматривали трехмерную ограниченную систему с условиями второго рода на внешних границах, которые соответствуют отсутствию диффузионного потока на границе ячеек, что физически оправдано, если все ячейки считаются одинаковыми: (DVc) = 0. Начальные условия отвечали растворению навески чистого металла в расплаве чистого алюминия: а=1 и с2=0. В процессе численного решения рассчитывали профиль концентрации с(х) вдоль оси ячейки, начиная от центра включения и считали, что растворение частицы завершается в тот момент, когда концентрация выравнивается с точностью до 0,01%. Анализируя эволюцию этого профиля, выделяли два характерных периода времени. Первый период времени t„ - это время, в течение которого сохраняется исходный состав в центре включения. Второй период времени tK - время, по истечении которого концентрация в центре и на периферии ячейки отличается менее чем на 0,01%. Одновременно с профилем концентрации рассчитывали зависимости потока вещества J = (DVc) от координаты вдоль оси симметрии ячейки. По зависимости J(x) вдоль оси ячейки определяли время жизни частицы жидкого металла tH, возникшей на месте данного включения и существующей благодаря наличию избыточной свободной энергии на ее границах. Предельное значение потока Jo оценивали с точностью до порядка величины и считали Jrf^ 10"7 м.

Первый результат расчета, который обращает на себя внимание, состоит в том, что по мере растворения частицы положение точки максимального градиента концентрации не смещается от первоначального значения. Во-вторых, результаты расчета показывают, что существует явная размерная зависимость времени растворения от размеров включения при неизменной объемной доле включений. Подтвержден известный вывод о том, как геометрические характеристики включений оказывают значительное влияние на скорость растворения.

Длительность первой стадии te для включений всех изученных металлов по порядку величины согласуется с результатами аналитического решения, в ходе которого только эта стадия и анализировалась. Продолжительность двух последующих стадий t4 и tK сопоставима с первой для тугоплавких переходных металлов, а для простых металлов и полуметаллов имеет порядок 103 с. Таким образом, численный анализ, с одной стороны, подтвердил правильность аналитического решения, а с другой показал возможность длительных релаксацион-

ных процессов и для легкоплавких металлов и полуметаллов. При контакте легкоплавких металлов и полуметаллов с алюминиевым расплавом процесс диффузионного растворения лимитируется не движением границы «твердый металл - металлический расплав», а переносом вещества через границу областей с различным химическим составом. Численный анализ позволил определить положение данной границы, оценить высоту энергетического барьера по отношению к ширине переходного слоя.

Условия самопроизвольного диспергирования твердых металлов при контакте с металлическим расплавом проанализировали на основе представлений теории абсолютных скоростей реакций и получили критерий самопроизвольного диспергирования в виде: г < 0,37x10-"yiTJa . Данный результат согласуется с представлениями М. Фольмера и П.А. Ребиндера: самопроизвольное диспергирование фаз с образование лиофильной коллоидной системы может иметь место, когда прирост свободной поверхностной энергии при образовании коллоидной частицы (~ or2) близок к энергии теплового движения (~ кТ). Для выяснения условий самопроизвольного диспергирования твердых металлов при контакте с металлическими расплавами провели расчет зависимости а(г) при температурах, характерных для экспериментов, описанных в главах 3-5.

ВЫВОДЫ

1. Измерены временные и температурные зависимости углов смачивания и диаметра пятна смоченной поверхности при растекании расплавов А1-laT.%Si, Al-2aT.%Si , Al-12aT.%Si, Al-14aT.%Si и Al-20aT.%Si, АЛ852, АЛ5М, AJI9, 7075 по стали СтЗ, расплавов Al-laT.%Si и Al-12aT.%Si по меди; изучены особенности микроструктуры формирующихся диффузионных слоев. Установлено, что максимальная скорость растекания расплавов Al-12%aT.Si, А1-14%aT.Si, Al-20%aT.Si по поверхности стали СтЗ наблюдается при 900°С, для расплавов Al-l%aT.Si, Al-2%aT.Si и промышленных композиций АЛ9, 7075, АЛ5М, АЛ852 аналогичный эффект имеет место при 1000° С.

2. Определены температурные и временные зависимости углов смачивания подложек из SiC расплавами А1999, Al-laT.%Si, Al-12aT.%Si, Al-14aT.%Si, Al-25aT.%Si, Al-7aT.%Zr, Al-4aT.%Ti и расплавом Al подложек из TiC, обнаружено, что наилучшей смачивающей способностью подложек из SiC среди изученных расплавов (Al-Si, Al-Zr и Al-Ti) обладает расплав Al-Si эвтектического состава при температуре 1200° С, замена карбидсодержащего наполнителя на TiC улучшает смачивание и понижает температуру смачивания до 1000° С.

3. Измерены временные и температурные зависимости угла смачивания расплавами Fe-20aT.%Cu, Fe-40aT.%Cu, Fe-60aT.%Cu подложек из графита, изучены особенности микроструктуры образцов сплавов Fe-Cu-C, полученных методом контактного легирования расплавов Fe-Cu углеродом. Экспериментально установлено, что конечный угол смачивания графита расплавом Fe-20ат.%Си при нагревании от 1420 до 1620° С уменьшается от 49 до 46° , для расплава Ре-40ат.%Си он не меняется в пределах погрешности измерений и co-

ставляет величину 38-39°, а для расплава Fe-60aT.%Cu угол смачивания возрастает от 47 до 51°при повышении температуры.

4. В результате изучения особенностей микроструктуры образцов сплавов Fe-Cu-C, полученных методом контактного легирования расплавов Fe-Cu углеродом, обнаружено образование характерного кратера под каплей расплава, и расслоение металла с вытеснением медной фазы на периферию образца. Для образцов, богатых железом, происходит обособление медной фазы, а для образцов богатых медью, - фазы, богатой железом. Степень расслоения для расплавов Fe-Cu-C при переходе через эквиатомный состав также меняется. Расслоение образца Fe-60aT.%Cu+C происходит во всем объеме и характерно как в целом для образца, так и для включений отдельных фаз. Впервые зафиксировано расслоение фазы на основе железа на сплавы доэвтектического и эвтектического составов.

5. Проведена теоретическая оценка продолжительности растворения твердых металлов в расплаве алюминия на основе как аналитического, так и численного решения уравнения диффузии. На основе представлений теории абсолютных скоростей реакций проанализированы условия самопроизвольного диспергирования твердых металлов при контакте с металлическим расплавом и получен критерий самопроизвольного диспергирования.

Основные результаты диссертации изложены в работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Чикова, O.A. Процесс диффузионного взаимодействия твердого и жидкого металлов (компьютерный эксперимент и анализ его результатов) / O.A. Чикова, М.А. Витюнин // Расплавы. - 2007. - №5. - С. 78-87.

2. Витюнин, М.А. Кинетика растекания расплавов Al-Si по стали СтЗ / М.А. Витюнин, O.A. Чикова, В.П. Ченцов, Э.А. Пастухов // Расплавы. - 2008. -№4.-С. 14-21.

3. Витюнин, М.А. Кинетика растекания расплавов Al-Si по меди / М.А. Витюнин, O.A. Чикова, В.П. Ченцов, Э.А. Пастухов // Расплавы. - 2008. -№5. -С. 9-13.

4. Витюнин, М.А. Кинетика растекания расплавов на основе алюминия по стали СтЗ / М.А. Витюнин, O.A. Чикова, В.П. Ченцов, Э.А. Пастухов // Расплавы. - 2008. - №6. - С. 11-18.

Материалы и тезисы докладов

5. Витюнин, М.А. Смачивание карбида кремния жидкими сплавами алюминия с титаном, кремнием и цирконием / М.А. Витюнин, O.A. Чикова, В.П. Ченцов, Э.А. Пастухов // Металлургия машиностроения. - 2008. - №3.

6. Чикова, O.A. Кинетика простого физического растворения твердых металлов в жидких (численное решение внешней задачи) / O.A. Чикова, С.С. Горшков, В.В. Астафьев, М.А. Витюнин // Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов: труды XI Российской научно-технической конференции, МиШР - 11, Екатеринбург - Челябинск, 14-16 сентября 2004 г. т.4 / Изд-во Южно-Уральского университета. - Екатеринбург, 2004. - С. 51-55.

7. Чикова, О.А. Конвективные процессы в микрогетерогенной металлической жидкости (численный эксперимент и анализ его результатов) / О.А. Чи-кова. М.А. Витюнин // Физические свойства металлов и сплавов: сборник тезисов докладов III Российской научно-технической конференции «Физические свойства металлов и сплавов», Екатеринбург, 2005 г. / ГОУ ВПО «УГТУ -УПИ». - Екатеринбург, 2005. - С. 137-138.

8. Чнкова, О.А. Процесс диффузионного взаимодействия твердого и жидкого металлов (компьютерный эксперимент и анализ его результатов / О.А. Чнкова, М.А. Витюнин // VIII Российский семинар «Компьютерное моделирование физико-химических свойств стекол и расплавов». Курган, 2006 г. / Курганский гос. ун-т. - Курган, 2006. - С. 49-50.

9. Витюнин, М.А. Растекание алюмокремниевых сплавов по меди / М.А. Витюнин, О.А. Чикова, В.П. Ченцов // Сборник тезисов докладов XVI Международной конференции по химической термодинамике в России RCCT -2007. Суздаль, 1 - 6 июля 2007 г. / Суздаль, 2007. - С. 329.

10. Витюнин, М.А. Кинетика смачивания расплавами на основе А1 подложек из SiC / М.А. Витюнин, Г.В. Овчинников // Наука. Технологии. Иннова-цин: материалы всероссийской научной конференции молодых ученых в 7-и частях, Новосибирск, 06-09 декабря 2007 г. Часть 2. / Новосиб. гос. тех. ун-т. -Новосибирск, 2007.-С. 134-136.

11. Vityunin, М.А. Al-Si Melts spreading kinetics on SiC substrate surface / M.A. Vityunin, O.A. Chikova, V.P. Chentsov, R.A. Pastuchov II Thirteenth International Conference on Liquid and Amorphous Metals. Book of Abstracts, Ekaterinburg, July 8-14, 2007 / Ural Branch of Russian Academy of Sciences. - Ekaterinburg, 2007.-P. 175.

12. Chentsov, V.P. Interfacial interaction on the SiC - Aluminium melt boundary I V.P. Chentsov, M.A. Vityunin, L.E. Bodrova, E.A. Popova, A.V. Dolmatov, R.A. Pastuchov // Thirteenth International Conference on Liquid and Amorphous Metals. Book of Abstracts, Ekaterinburg, July 8-14, 2007 / Ural Branch of Russian Academy of Sciences. - Ekaterinburg, 2007. - P. 150.

13. Chentsov, V.P. Wetting process of chromium and niobium carbides materials by copper melt / V.P. Chentsov, M.A. Vityunin, L.E. Bodrova, E.A. Popova, A.V. Dolmatov, R.A. Pastuchov // Thirteenth International Conference on Liquid and Amorphous Metals. Book of Abstracts, Ekaterinburg, July 8-14, 2007 / Ural Branch of Russian Academy of Sciences. - Ekaterinburg, 2007. - P. 157.

14. Витюнин, M.A. Смачивание графита расплавами системы Fe-Cu / М.А. Витюнин, О.А. Чикова, В.П. Ченцов, Г.В. Сакун // Физические свойства металлов и сплавов: сборник научных трудов IV Российской научно-технической конференции «Физические свойства металлов и сплавов». Екатеринбург, 21-22 ноября 2007 г. / УГТУ-УПИ. - Екатеринбург, 2007. - С. 156-160.

15. Витюнин, М.А. Смачивание графита расплавами системы Fe-Cu / М.А. Витюнин. О.А. Чикова, В.П. Ченцов, Г.В. Сакун И Физические свойства металлов и сплавов: сборник тезисов докладов IV Российской научно-технической конференции «Физические свойства металлов и сплавов», Екатеринбург, 21-22 ноября 2007 г. / УГТУ-УПИ. - Екатеринбург, 2007. - С. 96-97.

16. Витюнин, М.А. Кинетика растекания расплавов на основе Al по стали СтЗ / М.А. Витюнин, O.A. Чикова, В.П. Чепцов, Г.В. Овчинников // Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем (Крестовские чтения): сборник тезисов II Региональной конференции молодых ученых, Иваново, 1316 ноября 2007 г. / Институт химии растворов РАН. - Иваново, 2007. - С. 40.

17. Витюнин, М.А. Эмульгирование расплавов Fe-Cu при растекании по графиту / М.А. Витюнин, O.A. Чикова, В.П. Ченцов, Г.В. Сакун // III Международная конференция по коллоидной химии и физико-химической механике: сборник тезисов докладов, Москва, 24-28 июня 2008 г. / МГУ им. Ломоносова. -Москва, 2008.-С. 80.

18. Чикова, O.A. Эмульгирование расплавов Fe-Cu при растекании по графиту / O.A. Чикова, М.А. Витюнин, В.П. Ченцов, Г.В. Сакун // Термодинамика поверхностных явлений и адсорбции: труды XII Всероссийского семинара, Плес, 23-29 июня 2008 г. / ГОУ ВПО Иван. гос. хим.-технол. ун-т. - Иваново, Плес, 2008.-С. 57-58.

19. Витюнин, М.А. Кинетика растекания расплавов на основе алюминия по стали СтЗ / М.А. Витюнин, O.A. Чикова, В.П. Ченцов // Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов, МиШР- 12: труды XII Российской конференции. Т. 2 Экспериментальное изучение жидких и аморфных металлических систем и их взаимосвязь с кристаллическим состоянием, Екатеринбург, 14-17 октября 2008 г. / УрО РАН. - Екатеринбург, 2008. - С. 170-171.

20. Чикова, O.A. Моделирование кинетики взаимодействия металлических расплавов с твердыми телами при их растворении / O.A. Чикова, М.А. Витюнин, В.П. Ченцов // Компьютерное моделирование физико-химических свойств стекол и расплавов: труды IX Российского семинара, Курган, 14-17 октября 2008 г. / Курганский гос. уни-т. - Курган, 2008. - С. 52-54.

21. Витюнин, М.А. Явление металлургической наследственности при смачивании расплавами на основе алюминия подложек из карбида кремния / М.А. Витюнин, O.A. Чикова, В.П. Ченцов // Наследственность в литейных процессах: труды VII Международного научно-технического симпозиума, Самара, 2008 г. / Самарский гос. уни-т. - Самара, 2008. - С. 129-130.

22. Витюнин, М.А. Кинетика растекания расплавов на основе алюминия по стали СтЗ / М.А. Витюнин, O.A. Чикова, В.П. Ченцов // Научные труды XIV отчетной конференции молодых ученых УГТУ-УПИ: сборник статей Часть 1, Екатеринбург, 2008 г. / УГТУ-УПИ. - Екатеринбург, 2008. - С. 45.

Подписано в печать 20.08.2009. Формат 60x84 1/1в Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 231 Копировальный центр «Дизайн+», 620024, Екатеринбург, ул. Д.Н. Мамина-Сибиряка 85-313/1 E-mail: design_plus@mail.ru

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата химических наук, Витюнин, Максим Александрович

Введение.

Глава 1. Обзор литературы. Постановка задач и выбор объектов исследования.

1.1. Закономерности смачивания поверхности твердого металла металлическим расплавом и кинетика растекания.

1.2. Поверхностные явления на границе «твердый металл-металлический расплав» в процессах смачивания и растекания.

1.3. Цель и задачи исследования.

Глава 2. Методика эксперимента.

2.1. Методика изучения взаимодействия поверхности твердых тел с металлическими расплавами посредством измерения характеристик смачивания и растекания.

2.2. Методы изучения структуры твердых образцов, полученных при взаимодействии поверхности твердых тел с металлическими расплавами.

2.3 .Исходные материалы и аттестация образцов.

Глава 3. Результаты экспериментального изучения взаимодействия поверхности металлических подложек с расплавами на основе алюминия и структур диффузионных слоев.

3.1. Растекание расплавов Al-Si по стали СтЗ и структура диффузионных слоев

3.2. Растекание расплавов Al-Si по меди.

3.3. Растекание расплавов на основе алюминия по стали СтЗ и структура диффузионных слоев.

Введение диссертация по химии, на тему "Растекание расплавов на основе алюминия по поверхности твердых тел и особенности микроструктуры закристаллизованных материалов"

Актуальность работы. Изучение взаимодействия металлической жидкости с твердыми телами является одной из актуальных задач физической химии. Процессы изготовления металлических и неметаллических материалов - плавка, пропитка пористых тел расплавами, спекание в присутствии жидкой фазы, пайка, сварка, нанесение покрытий и т.п. — осуществляются в условиях контакта твердых материалов с металлическими расплавами. При контакте расплавов с твердыми материалами наблюдается явление растекания металлической жидкости по поверхности твердого тела до полного растекания или до установления некоторого конечного угла смачивания. Изучение и описание процесса растекания осложняется одновременно протекающим растворением твердого тела в расплаве, диффузией вещества расплава в твердое тело, адсорбцией и химическими реакциями, приводящими к образованию новых фаз. Механизм и количественное описание закономерностей растекания жидких металлов по поверхности твердых тел являются в большей степени дискуссионными; в данной области физической химии, по-прежнему актуально накопление и обобщение эмпирического материала.

В данной работе изучалось взаимодействие металлических расплавов с поверхностью твердых тел при растекании и интенсивном растворении твердой фазы в жидкости. Для этого измеряли температурные и временные зависимости углов смачивания и диаметров пятна смоченной поверхности при растекании расплавов на основе алюминия по подложкам из стали, меди и карбида кремния, а так же расплавов системы Fe-Cu по графиту; исследовали микроструктуры диффузионных слоев, образующихся при взаимодействии расплавов на основе алюминия со сталью, и структуры сплавов Fe-Cu-C, полученных методом контактного легирования расплавов Fe-Cu углеродом; выполняли теоретический анализ условий взаимодействия металлических расплавов с поверхностью твердых тел с учетом процессов диффузии и диспергирования.

Практическая ценность работы:

2. Обнаруженные закономерности растекания и особенности структуры формирующихся диффузионных слоев в системах (А1-расплав)/сталь, (А1-81)/сталь, (А1-81)/медь; смачивания в системах (Al-Si)/SiC, (Al-pacmiaB)/SiC, (Fe-Cu)/C; расслоения сплавов Fe-Cu-C, полученных в результате контактного легирования расплавов Fe-Cu углеродом, могут служить основой для разработки оптимальных технологических режимов получения современных функциональных материалов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

6. теоретическая оценка времени диффузионного растворения твердых металлов в расплаве алюминия.

Личный вклад соискателя. Все приведенные в диссертации результаты получены автором лично или при его непосредственном участии. Измерения краевых углов и диаметров пятна смоченной поверхности проведены в лаборатории физической химии ГУ «Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук», металлографические исследования выполнены в Центре электронной микроскопии и в лаборатории цветных сплавов ГУ «Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук». В постановке и решении ряда задач и обсуждениях принимали участие к.т.н. В.П. Ченцов и д.т.н. И.Г. Бродова. Личный вклад соискателя состоит в следующем:

3. Проведен теоретический расчет времени растворения твердых металлов в расплаве алюминия.

Заключение диссертации по теме "Химия твердого тела"

Основные результаты и выводы:

1. Проведен теоретический анализ кинетики взаимодействия металлических расплавов с твердыми телами.

2. Аналитический расчет времени диффузионного растворения твердых металлов в расплаве алюминия показал, что при температурах, незначительно превышающих ликвидус, характерные времена растворения фрагментов тугоплавких переходных металлов (Со, Бе, Мп, №, 8с, Zr) измеряются десятками тысяч часов; учет процессов, происходящих на межфазной границе растворяющегося включения, еще более замедляет этот процесс; таким образом, аномально медленное растворение тугоплавких металлов может определять взаимодействия металлических расплавов на основе алюминия с твердыми телами.

3. Численный расчет времени диффузионного растворения твердых металлов в расплаве алюминия методом конечных элементов позволил выделить три стадии процесса растворения: уменьшение радиуса фрагмента при сохранении его исходного состава; последующее растворение частицы жидкого металла, возникшей на месте данного фрагмента, при наличии избыточной свободной энергии на ее границах; и, наконец, стадию выравнивания концентрации после исчезновения ярко выраженного переходного слоя на границе растворяющегося фрагмента. Длительность первой стадии для включений всех изученных металлов по порядку величины согласуется с результатами аналитического решения, в ходе которого только эта стадия и анализировалась. Продолжительность - двух последующих стадий сопоставима с первой для тугоплавких переходных металлов, а для простых металлов и полуметаллов имеет порядок 10 с. Таким образом, численный анализ, с одной стороны, подтвердил правильность аналитического решения, а с другой - показал возможность длительных релаксационных процессов и для легкоплавких металлов и полуметаллов.

4. На основе представлений теории абсолютных скоростей реакций получен критерий самопроизвольного диспергирования твердых металлов при контакте с металлическими расплавами, который согласуется с выводами М. Фольмера и П.А. Ребиндера. Проведен расчет зависимости межфазного натяжения от размера включения при температурах, характерных для экспериментов, описанных в главах 3-5. Показано, что условие образования классической лиофильной системы выполняется только в случае смачивания межзеренных границ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итог представленной работы, отметим, что основные задачи, поставленные в главе 1, выполнены. Проведено изучение процессов взаимодействия металлических расплавов на основе алюминия с поверхностью стали, меди и карбида кремния; а также расплавов железо-медь с поверхностью графита. Выполнен теоретический анализ условий диффузионного растворения и диспергирования твердых металлов при контакте с расплавом алюминия. В частности, определены краевые углы смачивания и диаметры пятна смоченной поверхности; изучены структуры переходных слоев, образующихся при растекании расплавов по поверхности твёрдых металлов и графита; теоретически исследован характер взаимодействия с расплавами на основе алюминия твердых металлов, кинетика их растворения и диспергирования.

Значительная часть экспериментальных данных о краевых углах смачивания и диаметрах пятна смоченной поверхности, микроструктуре и химическом составе диффузионных слоев получены впервые; эти данные имеют самостоятельное значение и могут использоваться в качестве опытного материала при разработке новых технологий получения современных функциональных материалов. На основании имеющихся данных, в частности, можно прогнозировать возможность контактного легирования Fe-Cu сплавов углеродом, как одного из методов производства сплавов из несмешивающих-ся компонентов. В дальнейшем предполагается продолжить исследования в выбранном направлении. Необходимо расширить круг исследованных систем «твердый металл-металлический расплав», разработать новые методы интерпретации экспериментальных данных с позиций теории структурированных дисперсных систем (СДС).

Полученный в данной работе металлографический материал, следует дополнить данными о механических и других эксплуатационных характеристиках полученных соединений с тем, чтобы разработать конкретные технологические рекомендации по пайке и алитированию.

Список источников диссертации и автореферата по химии, кандидата химических наук, Витюнин, Максим Александрович, Челябинск

1. Попель, С.И. Поверхностные явления в расплавах / С.И. Попель. М.: Металлургия, 1994. - 440 с.

2. Физическая химия неорганических материалов: В 3 т. / В.Н. Еременко, Н.Д. Лесник, В.Е. Листовничий и др. Киев: Наук, думка, 1988. - Т.З. — 192 с.

3. Захарова, Т.В. Растекание расплавов (Pb-Sn и Zn) по поверхности твердых металлов и адгезия фаз: дис. канд. техн. наук / Захарова Т.В. -Свердловск: УПИ, 1973. 204 с.

4. Сорокин, Ю.В. Поверхностные явления в расплавах / Ю.В. Сорокин, В.В. Хлынов, O.A. Есин // В сб. Киев: Наук, думка. 1968. - 359 с.

5. Горюнов, Ю.В. Успехи химии / Ю.В. Горюнов // т. XXXIII в 9. 1964. -1062 с.

6. Рауд, Э.А. Доклады АН СССР серия Химия / Э.А. Рауд, Б.Д. Сумм, Е.Д. Щукин. 1972. - 205 №5. - 1134 с.

7. Сумм, Б.Д. Особенности растекания неньютоновских жидкостей / Б.Д. Сумм, Н.Б. Урьев // Коллоидный журнал. 1996. - Т. 58, № 1. - С. 92-94.

8. Урьев, Н.Б. Текучесть и растекание структурированных дисперсных систем / Н.Б. Урьев // Коллоидный журнал. 2006. - Т. 68, № 4. - С. 539549.

9. Проценко, П.В. Смачивание поверхности и границ зерен тугоплавких металлов легкоплавкими расплавами: дис. канд. хим. наук: 02.00.11 / Проценко, П.В. МГУ им. М.В.Ломоносова, 2002. - 202 с.

10. Nakae, Н. Equilibrium contact angles in the Ni/Al system / H. Nakae, Т. Hane, Т. Sudo // Trans. JWRI. 2001. - Vol. 30. - P. 27-32.

11. Eustathopoulos, N. Wettability at High Temperatures / N. Eustathopoulos, M. Nicholas, B. Drevet. Netherlands, Elsevier. - 1999. - 418 p.

12. Аврамов, Ю.С. Сплавы на основе систем с ограниченной растворимостью в жидком состоянии (теория, технология, структура и свойства) / Ю.С. Аврамов, А.Д. Шляпин. М.: Интерконтакт наука, 2002. - 372 с.

13. Физическая химия неорганических материалов: В 3 т. / В.Н. Еременко, М.И. Иванов, Г.М. Лукашенко и др. Киев: Наук, думка, 1988. — Т.2. -192 с.

14. Еременко, В.И. Исследование кинетики пропитки пористых тел жидкими металлами / В.И. Еременко, Н.Д. Лесник // Поверхностные явления в металлах и сплавах и их роль в процессах порошковой металлургии. Киев: Изд-во АН УССР, 1961. - С. 155-177.

15. Долматов, A.B. Карбидообразование при кавитационном воздействии на расплавы Al-Ti для получения композитов / A.B. Долматов, Э.А. Пастухов, H.A. Ватолин и др. // Технология металлов. 2004. - № 10. — С. 24-26.

16. Чернышова, Т.А. Взаимодействие металлических расплавов с армирующими наполнителями / Т.А. Чернышова, Л.И. Кобелева, П. Шебо, A.B. Панфилов. С-Пб.: Наука, 1993. - 272 с.

17. Федоров, В.Б. Углерод и его взаимодействие с металлами / В.Б. Федоров, М.Х. Шоршоров, Д.К. Хакимова. -М.: Металлургия, 1978. 208 с.

18. Костиков, В.И. Композиционные материалы на основе алюминиевых сплавов, армированных углеродными волокнами / В.И. Костиков, А.Н. Варенков. М.: Интермет инжиниринг, 2000. - 445 с.

19. Киселев, A.B. Смачивание графита расплавами алюминия, алюминий-титан и алюминий-кремний / A.B. Киселев, В.П. Ченцов, Л.Е. Бодрова, A.B. Долматов, Э.А. Пастухов, Э.А. Попова, С.А. Петрова, Р.Г. Захаров //Расплавы. -2006. -№ 5.- С. 9-13.

20. Найдич, Ю.В. Контактные явления в металлических расплавах / Ю.В. Найдич. Киев: Наук, думка, 1972. - 196 с.

21. Еременко, В.Н. Влияние присадок титана на поверхностное натяжение никеля и кобальта и на их межфазное натяжение, на границе с окисью алюминия / В.Н. Еременко, В.И. Ниженко // Журн. физ. Химия. 1961. -Т. 35, №6.-С. 1301-1307.

22. Еременко, В.Н. Влияние циркония на поверхностные свойства жидкого никеля на границе раздела расплав-газ и расплав-твердая окись алюминия / В.Н. Еременко, В.И. Ниженко, Л.И. Скляренко // Порошковая металлургия. 1965. - № 7. - С. 80-83.

23. Рябов В.Р. Алитирование стали. М.: Металлургия, 1973. - 240 с.

24. Натанзон, Я.В. Механическая прочность и термостойкость биметалла нержавеющая сталь-алюминий / Я.В. Натанзон, М.Л. Горб, В.И. Дыбков // Физ.-хим. механика материалов. 1980. - С. 51-53.

25. Рябов, В.Р. Сварка плавлением алюминия со сталью / В.Р. Рябов. Киев: Наукова думка, 1969. - 232 с.

26. Исследование кинетики растекания алюминия по железу / В.Н. Еременко, Н.Д. Лесник, Т.С. Пестун, В.Р. Рябов // Физическая химия поверхностных явлений в расплавах. Киев: Наук, думка, 1971. - С. 203-206.

27. Особенности растекания алюминия по железу / B.IT. Еременко, Н.Д. Лесник, Т.С. Пестун // Физика и химия обработки материалов. — 1974.-№ 5.-С. 32-35.

28. Контактное взаимодействие металлов семейства железа с расплавами на основе алюминия / В.Н. Еременко, Н.Д. Лесник, Т.С. Иванова // Порошковая металлургия. 1977. - №7. - С. 46-50.

29. Иванько, A.A. Твердость / A.A. Иванько. Киев: Наук, думка, 1968. -248 с.

30. Рябов В.Р. Алитирование стали. М.: Металлургия, 1973. - 240 с.

31. Влияние введения добавок кремния в твердую и жидкую фазы на кинетику растекания алюминия по железу / В.Н. Еременко, Н.Д. Лесник, Т.С.

32. Пестун, В.Р. Рябов // Адгезия расплавов. Киев: Наук, думка, 1974. - С. 58-61.

33. Лайнер, Д.И. Влияние химического соединения на скорость процесса реактивной диффузии / Д.И. Лайнер, Л.Т. Емельянов // Тр. Ин-та Гипроцветметобработки. М., 1957. - 16. - С. 37-43.

34. Кинетика растекания алюминия и железоалюминиевых расплавов по железу. II. Система железо-алюминий / В.Н. Еременко, Н.Д. Лесник, Т.С. Пестун, В.Р. Рябов // Порошковая металлургия. 1973. - № 7. - С. 58-62.

35. Исследование кинетики растекания алюминия по железо-никелевым и железо-хромовым сплавам / В.Н. Еременко, Н.Д. Лесник, Т.С. Пестун, В.Р. Рябов // Адгезия расплавов. Киев: Наук, думка, 1974. - С. 61-65.

36. Трошина, В.А. Влияние малых количеств третьего компонента на свойства Al-Fe / В.А. Трошина, Л.А. Кучеренко, К.Г. Хомяков // Вест. МГУ. Сер. химия. 1965. - № 4. - С. 57-58.

37. Грузин, Т.С. Влияние хрома на самодиффузию железа / Т.С. Грузин // Докл. АН СССР. 1955. - 100, № 1. - С. 65-67.

38. Криштал, М.А. Механизм диффузии в железных сплавах / М.А. Криштал. М.: Металлургия, 1972. - 400 с.

39. Исходные расплавы как основа формирования структуры и свойств алюминиевых сплавов / И.Г. Бродова, П.С. Попель, Н.М. Барбин, H.A. Ватолин. Екатеринбург: УрО РАН, 2005. - 369 с.

40. Баум, Б.А. Металлические жидкости / Б.А. Баум. М.: Наука, 1979. 135 с.

41. Попель, П.С. Метастабильная микрогетерогенность расплавов в системах с эвтектикой и монотектикой и ее влияние на структуру сплава после затвердевания / П.С. Попель // Расплавы. 2005. - № 1. - С. 22-49.

42. Жукова, Л.А. Строение переходных слоев на границе раздела фаз эвтектической эмульсии в бинарных металлических системах / Л.А. Жукова, О.П. Солнцева // Расплавы. 2001. - № 2. - С. 8-14.

43. Tanzilli, R.A. Numerical Solutions to the Finite, Diffusion-Controlled, Two-Phase, Moving-Interface Problem (with Planar, Cylindrical and Spherical Interfaces) / R.A. Tanzilli, R.W. Heckel // Tr.met. sol. AIME. v. 242. - P. 2313-2321.

44. Райченко, А.И. Математическая теория диффузии в приложениях / А.И. Райченко. Киев.: Наук, думка, 1981. - 398 с.

45. Любов, Б.Я. Диффузионные изменения дефектной структуры твердых тел / Б.Я. Любов. -М.: Металлургия, 1985. 207 с.

46. Любов, Б.Я. Диффузионные процессы в неоднородных твердых средах / Б.Я. Любов. М.: Наука, 1981.-289 с.

47. Райченко, А.И. Диффузионные расчеты для порошковых смесей / А.И. Райченко. Киев: Наук, думка, 1969.

48. Любов, Б.Я. Теория кристаллизации в больших объемах / Б.Я. Любов. — М.: Наука, 1975.- 159 с.

49. Любов, Б.Я. Кинетическая теория фазовых превращений / Б.Я. Любов. — М.: Металлургия, 1969. 264 с.

50. Гуров, К.П. Взаимная диффузия в многофазных металлических системах / К.П. Гуров, Б.А. Карташкин, Ю.Э. Угасте. М.: Наука, 1981.-360 с.

51. Сотников, А.И. Скорость диффузионного растворения твердых частиц в металлических расплавах / А.И. Сотников // Расплавы. — 1991. — № 2. — С. 110-112.

52. Классен, Н.И. Кинетика изотермической гомогенизации расплавов с тугоплавкими включениями / Н.И. Классен, В.М. Замятин, Б.А. Баум // Физико-химические исследования металлургических процессов: Межвуз. Сб. науч. тр. Свердловск, 1990. - С. 132-135.

53. Поленц, И.В. Роль кинетики растворения интерметалл и дов при легировании алюминиевых расплавов титаном / И.В. Поленц, И.Г. Бродова, Д.В. Башлыков и др. // Расплавы. 1995. - С. 23-31.

54. Ершов, Г.С. Диффузия в металлургических расплавах / Г.С. Ершов, В.П. Майборода. Киев.: Наук, думка, 1990. - 224 с.

55. Лепинских, Б.М. Растворение твердых фаз в металлургических расплавах / Б.М. Лепинских, A.A. Востряков. М.: Наука, 1978. - 148 с.

56. Еременко, В.Н. Кинетика растворения металлов в металлических расплавах в условиях внешней задачи. Обзор / В.Н. Еременко, Я.В. Натан-зон // Порошковая металлургия. 1970. - № 8. - С. 39-54.

57. Еременко, В.Н. Физико-химические процессы на границе раздела твердый металл-металлический расплав / В.Н. Еременко, Я.В. Натанзон, В.И. Дыбков // Изв. Ан СССР Металлы. 1973. - № 5. - С. 3-9.

58. Левич, В.П. Физико-химическая гидродинамика / В.П. Левич. М.: Физ-матиздат, 1959. - 699 с.

59. Сумм, Б.Д. Физико-химические основы смачивания и растекания / Б.Д. Сумм, Ю.В. Горюнов. -М.: Химия, 1976.-232 с.

60. Перцов, A.B. Квазисамопроизвольное диспергирование твердых тел / A.B. Перцов// Коллоидный журнал. -2005. 67, № 4. - С. 508-517.

61. Перцов, A.B. Физико-химическая механика и лиофильность коллоидных систем/ A.B. Перцов. Киев: Наук, думка, 1982. - Вып. 13. - С. 35.

62. Ребиндер, П.А. Избранные труды Поверхностные явления в дисперсных системах / П.А. Ребиндер // Коллоидная химия. М.: Наука, 1979. - С. 36.

63. Перцов, A.B. Исследование процессов диспергирования в условиях сильного снижения свободной межфазной энергии: дис. канд. хим. наук / A.B. Перцов. М.: МГУ, 1967. - 149 с.

64. Лихтман, В.И. Физико-химическая механика материалов / В.И. Лихтман, Е.Д. Щукин, П.А. Ребиндер. М.: Изд-во АН СССР, 1962. - 303 с.

65. Ребиндер, П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Физико-химическая механика: Избр. труды / П.А. Ребиндер. М.: Наука, 1979. -384 с.

66. Попель, С.И. Физикохимия дисперсных частиц в металлургии / С.И. По-пель. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2002. - 51 с.

67. Волков, Ю.П. Формирование кремниевых сферических наночастиц в расплавленном алюминии / Ю.П. Волков, В.Б. Байбурин, И.П. Конов // Журнал тех. физики. 2004. - 74, вып. 3. - С. 78-80.

68. Бибик, Е.Е. Реология дисперсных систем / Е.Е. Бибик. Л.: Изд-во ЛГУ, 1981.- 172 с.

69. Регель, А.Р. Закономерности формирования структуры электронных расплавов / А.Р. Регель, В.М. Глазов. М.: Наука, 1982. - 320 с.

70. Чикова, O.A. Процесс диффузионного взаимодействия твердого и жидкого металлов (компьютерный эксперимент и анализ его результатов) / O.A. Чикова, М.А. Витюнин // Расплавы. 2007. - № 5. - С. 78-87.

71. Марутьян, C.B. Долговременная защита от коррозии стальной проволоки / C.B. Марутьян, Ю.С. Волков, H.H. Сотсков // Метизы. 2003. - № 2. -С. 57-62.

72. Рябов, В.Р. Сварка плавлением алюминия со сталью / В.Р. Рябов. Киев: Наук, думка, 1969. - 232 с.

73. Растекание алюминия по интерметалл идам системы железо-алюминий /

74. B.Н. Еременко, Н.Д. Лесник, Т.С. Пестун и др. // Смачиваемость и поверхностные свойства расплавов и твердых тел: Сб. К.: Наук, думка, 1972.-С. 38-39.

75. Куракин, А.К. Механизм влияния кремния в алюминии на процессы реакционной диффузии железа в алюминий / А.К. Куракин // Физика металлов и металловедения. 1970. - Т. 30. - Вып. 1, — С. 105-107.

76. О кинетике растекания алюмокремниевых расплавов по железу / В.Н. Еременко, Н.Д. Лесник, Т.С. Пестун и др. // Смачиваемость и поверхностные свойства расплавов и твердых тел: Сб. К.: Наук, думка, 1972. —1. C. 39-41.

77. Найдич, Ю.В. В кн. «Поверхностные явления в расплавах» / Ю.В. Най-дич, И.А. Лавриенко, Д.М. Рабкин, Н.М. Воропай. К.: Наук, думка, 1968.-С. 354.

78. Ferro, A.C. Interface reactions and solubility effects in High Temperature

79. Wetting: the Al-Si/SiC system. Reviewed Proceedings of the first International Conference «High Temperature Capillarity '94» / A.C. Ferro, B. Derby. — Institute of Inorganic Chemistry Slovak Academy of Sciences, Bratislava, Slovakia, 1994.

80. Алчагиров, Б.Б. Смачиваемость поверхностей твёрдых тел расплавами щелочных металлов и сплавов с их участием. Теория и методы исследования / Б.Б. Алчагиров, Х.Б. Хоконов // Теплофизика Высоких Температур. 1994. - Т. 32, № 4. - С. 590-626.

81. Филиппов, С.И. Физико-химические методы исследования металлургических процессов / С.И. Филиппов, П.П. Арсентьев, В.В. Яковлев, М.Г. Крашенинников. -М.: Металлургия, 1968. 194 с.

82. Вертман, А.А. Методы исследования свойств металлических расплавов / А.А. Вертман, A.M. Самарин. -М.: Наука, 1969.

83. Еременко, В.Н. Экспериментальная техника и методы исследования при высоких температурах / В.Н. Еременко, Ю.Н. Иващенко, В.И. Нижен-ко. м. АН СССР, 1959. - 285 с.

84. Иващенко, Ю.Н. Вычисление краевого угла смачивания и плотности жидкости по размерам лежащей капли / Ю.Н. Иващенко, В.Н. Еременко // В сб.: Поверхностные явления в расплавах и процессах порошковой металлургии. Изд. АН УССР Киев, 1963. - 418 с.

85. Колесниченко, Г.А. Смачиваемость и поверхностные свойства расплавов и твердых тел / Г.А. Колесниченко. К.: Наук, думка, 1972. - С. 71-74.

86. Найдич, Ю.В. Контактные явления в металлических расплавах / Ю.В. Найдич. — К.: Наук, думка, 1972. 196 с.

87. Oki, Т. Light Met / Т. Old, Т. Choh, A. Hibino. Japan. - 1985. - Vol. 35. -P. 663-669.

88. Oki, Т. Light Met / Т. Oki, Т. Choh, A. Hibino. Japan. - 1985. - Vol. 35. -P. 670-677.

89. Oki, T. Inst. J. Met. Japan / T. Oki, T. Choh, A. Hibino. Japan. - 1985. -Vol. 49.-P. 1131-1137.

90. Растекание алюминия по интерметаллидам системы железо-алюминий / В.Н. Еременко, Н.Д. Лесник, Т.С. Пестун и др. // Смачиваемость и поверхностные свойства расплавов и твердых тел: Сб. К.: Наук, думка, 1972.-С. 38-39.

91. Чуларис, A.A. Кинетика растекания алюминия по стали в условиях пайки / A.A. Чуларис, Г.В. Чумаченко, М.М. Михайлова // Вестник ДГТУ. -2002. Т. 2, № 4 (14). - С. 363-370.

92. Чуларис, A.A. Растекание алюмокремниевых сплавов по стали в условиях пайки / A.A. Чуларис, Г.В. Чумаченко, М.М. Михайлова // Вестник ДГТУ. 2003. - Т. 3, № 3 (17). - С. 338-345.

93. Влияние введения добавок кремния в твердую и жидкую фазы на кинетику растекания алюминия по железу / В.Н. Еременко, Н.Д. Лесник, Т.С. Пестун и др. // Адгезия расплавов. К.: Наук, думка, 1974. - С. 65-69.

94. Лыкасов, Д.К. Вязкость расплавов Al-Cu / Д.К. Лыкасов, O.A. Чикова. -Расплавы, 2007. № 4. - С. 35-39.

95. Prozenko, P. The role of intermetallics in wetting in metallic systems / P. Prozenko, A. Terlain, V. Traskine, N. Eustathopoulos. Spripta Materialia 45 (2001).-P. 1439-1445.

96. Попова, Э.А. Изучение процессов смачивания карбида кремния алюминиевыми расплавами / Э.А. Попова, Л.Е. Бодрова, В.П. Ченцов, A.B. Долматов, Э.А. Пастухов // Расплавы. 2008. - № 3. - С. 28-30.

97. Рауд, Э.А. Растекание ньютоновской жидкости по поверхности твердого тела / Э.А. Рауд, Б.Д. Сумм, Е.Д. Щукин // Физическая химия. Доклады Академии наук СССР.

98. Никитин, В.И. Наследственность в литых сплавах / В.И. Никитин, К.В. Никитин. М.: Машиностроение, 2005. - 476 с.

99. Сакун, Г.В. Магнитные, электрические свойства и строение сплавов меди с железом, кобальтом и никелем при высоких температурах: дис. к.ф.-м.н. / Сакун Г.В. Свердловск, 1988. - С. 176.

100. Свойства элементов: Спр. изд-е в 2-х кн. (Кн. 1) / Под ред. М.Е. Дрица -3-е изд. М: Изд. дом «Руда и металл», 2003. - 448 с.

101. Зиновьев, В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах: Справ, изд-е / В.Е. Зиновьев. М.: Металлургия, 1989. - 384 с.

102. Ершов, Г.С. Растворение и диффузия легирующих элементов в жидком алюминии / Г.С. Ершов, A.A. Касаткин, A.A. Голубев // Металлы. 1979. -№ 2. - С. 77-79.

103. Копач, И.И. Диффузия свинца и цинка в жидком алюминии / И.И. Копач, Э.Е. Лукашенко, В.И. Ефимов и др. // Изв. Вузов. Цветная металлургия.- 1975.-№4.-С. 49-51.

104. ЮЗ.Глестон, С. Теория абсолютных скоростей реакций / С. Глестон, К. Лей-дер, Г. Эйринг. М.: ИИЛ, 1948. - 583 с.

105. Сумм, Б.Д. Фазовые переходы в поверхностном слое и поверхностное натяжение жидкостей / Б.Д. Сумм // ЖФХ. 2005. - Т. 79, № 2. - С. 199212.

106. Урьев, Н.Б. Физико-химическая динамика дисперсных систем / Н.Б. Урьев // Успехи химии. 2004. - Т. 73, № 1. - С. 39-62.

108. Марутьян, C.B. Фазовый состав и коррозионная стойкость алюминиевых покрытий из расплава / C.B. Марутьян, И.А. Бойко, А.И. Голубев // Защита металлов. 1990. - № 2. - С. 324-327.

109. ЮБ.Витюнин, М.А. Кинетика растекания расплавов на основе алюминия по стали СтЗ / М.А. Витюнин, O.A. Чикова, В.П. Ченцов, Э.А. Пастухов // Расплавы. 2008. - № 6. - С. 11-18.

110. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: В Зт. / Под общей ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 1996. - Т.1.- 992 с.

111. Иванов, И.И. Плавление, кристаллизация и формообразование в невесомости / И.И. Иванов, B.C. Земсков, В.К. Кубасов и др. М.: Наука, 1979. -255 с.

112. Гельфгат, Ю.М. Распределение компонентов в расплаве несмешиваю-щихся металлов в скрещенных электромагнитных полях / Ю.М. Гельфгат, М.З. Сорнин, А.Э. Микельсон // Магнитная гидродинамика. 1977. -№ 1.-С. 121-124.

113. Сучков, Е.В. Получение металлических эмульсий механическим перемешиванием расплавов / Е.В. Сучков, С.И. Попель, A.A. Жуков // Расплавы. 1988.-№ 6.-С. 89-91.

114. Особенности структурообразования при кристаллизации сплавов Al-In / П.С. Попель, O.A. Чикова, И.Г. Бродова, И.В. Поленц // Физика металлов и металловедение. 1992. -№ 9. - С. 111-115.

115. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: В Зт. / Под общей ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 1996. - Т. 2.- 1024 с.

116. Жуков, A.A. Поверхностные свойства и эмульгирование расплавов железо-медь-углерод / A.A. Жуков, И.Г. Горшенин, Р.И. Киселев, С.И. Попель // Расплавы. 2000. -№ 2. - С. 10-17.

117. Сучков, E.B. Свойства границ раздела расплавов в системе железо-медь-кремний / Е.В. Сучков, С.И. Попель, A.A. Жуков, М.А. Коннова // Расплавы. 1995. -№ 5.-С. 21-23.

118. Сучков, Е.В. Эмульгирование расплавов системы железо-медь-кремний и закалка эмульсий / Е.В. Сучков, С.И. Попель, A.A. Жуков, М.А. Коннова // Расплавы. 1995. - № 5. С. 24-28.

119. Жуков, A.A. Плотность и поверхностное натяжение расплавов железо-медь / A.A. Жуков, А.П. Возчиков // В кн.: Физ.-хим. исследования металлургических процессов. Свердловск, 1987. - С. 61-63.

120. Ниженко, В.И. Контактное взаимодействие графита с жидким железом и расплавами на его основе / В.И. Ниженко, Л.И. Флока // Порошковая металлургия. 1974. - № 6. - С. 64-70.

121. Найдич, Ю.В. Взаимодействие металлических расплавов с поверхностью алмаза и графита / Ю.В. Найдич, Г.А. Колесниченко. — К.: Наук, думка, 1967.-88 с.

122. Глузман, Л.Д. Лабораторный контроль коксохимического производства/ Л.Д. Глузман, И.И. Эдельман. Харьков: Госуд. научно-техн. из-во литературы по черной и цветной металлургии, 1957. - 635 с.

123. Кишкопаров, Н.В. Смачивание природного графита медными сплавами / Н.В. Кишкопаров, В.П. Ченцов, И.В. Фришберг, В.П. Пастухов // Порошковая металлургия. 1984. - № 11. - С. 60-62.

124. Вертман, A.A. Строение жидких сплавов системы железо-углерод / A.A. Вертман, A.M. Самарин, Е.С. Филиппов // Изв. АН СССР. ОТН. Металлургия и топливо. 1960. - № 6. - С. 123-129.

125. Чикова, O.A. Микрорасслоение расплавов на основе алюминия и его влияние на структуру литого металла: дис. к.ф.-м.н. Свердловск: Уральский государственный технический университет - УПИ, 1990.