• Nie Znaleziono Wyników

Diagram fazowy

W dokumencie Index of /rozprawy2/10293 (Stron 50-54)

Istnieje kilka propozycji diagramów fazowych dla systemu Al-Mg, niektóre z nich są niezupełne lub nawet sprzeczne, głównie w obszarze środkowych koncentracji (Samson & Gorden, 1968) (Laves & Moeller, 1938) (Hansen & Anderko, 1958). Dopiero obliczenia termodynamiczne oraz dane uzyskane dla systemów ciekłych (Stiller & Hoffmeister, 1979) i stałych (Siebel & Vosskuhler, 1939) (Murray, 1982) metodami XRD, SEM, TEM i DSC pozwoliły stworzyć diagram fazowy powszechnie akceptowany (Rysunek 3-1) (Massalski, 1986) (Su, H.L. et al., 1997) (Okamoto, 1998).

Rysunek 3-1. Diagram fazowy układu Al-Mg. (Okamoto, 1998)

Różne fazy międzymetaliczne układu Al-Mg wraz z ich strukturami krystalicznymi i odnośnikami literaturowymi zostały przedstawione w tabela 3-1.

50

Tabela 3-1. Fazy międzymetaliczne układu Al-Mg.

Faza at. % Mg Struktura Typ Grupa a [nm] c [nm] Literatura

(Al) 0-18.6 FCC Cu Fm m 0.4049 0.4049 (Witt, 1967)

-Al3Mg2 37.5-40 kubiczna Cd2Na Fd m 2.8239 2.8239 (Samson, 1965) 42.6 hipotetyczna

-Al30Mg23 43.5-44.8 romboedryczna Co5Cr2Mo3 R 1.2825 2.1848 (Samson & Gorden, 1968)  48 hipotetyczna

-Al12Mg17 43.2-62.3 BCC -Mn I4 m 1.054 1.054 (Papamantell & Fischer, 1970) (Mg) 88.5-100 HCP Mg P63/mmc 0.3209 0.5211 (Walker & Marezio, 1959) Fazy metastabilne Al3Mg 21.2 FCC Cu3Au Pm3m Al2Mg 33.3 tetraedryczna Ga2Hf I41/amd 0.4132 2.6602 40 tetraedryczna ’-Al3Mg2 romboedryczna MgZn2 R3m 1.9968 4.8911

Występowanie faz ,  oraz  udało się potwierdzić eksperymentalnie. W przypadku dwóch pierwszych istnieje zgodność co do warunków ich otrzymywania, zakresu stabilności oraz reakcji formowania. W przypadku fazy  takiej zgodności nie ma.

3.1.1 -Al3Mg2

Faza  jest stabilna począwszy od temperatury topnienia w 451°C i dla 37.5 - 40% zawartości Mg do temperatur poniżej 200°C. Po stronie bogatszej w Al faza  współistnieje z fazą kubiczną ściennie centrowaną , która jest roztworem stałym Mg w Al. Od strony bogatej w atomy Mg faza  występuje wspólnie z fazą , która wydaje się być tożsama z fazą -Mn oraz fazą , która zaczyna się formować poniżej 405°C w wyniku reakcji  +  by znów poniżej 300°C wrócić do układu  + . Fazy  i  występują w równowadze poniżej 250°C oraz w przedziale temperatur 410 - 430°C. Faza  krystalizuje w układzie kubicznym Fd-3m w komórce o wymiarze ac = 2.8242 nm oraz zawiera 1168 atomów.

51

3.1.2 -Al30Mg23

Warunki formowania się fazy  nie zostały dokładnie określone, w literaturze pojawiają się doniesienia na temat przemiany perytektycznej, w wyniku której mogłaby formować się wyżej wymieniona faza podczas schładzania układu: L +    lub  +   . Temperatury takich reakcji nie zostały jednak dostatecznie dokładnie wyznaczone, można znaleźć informacje, że jest to: 375°C, 390°C lub 405°C. Dalsze schładzanie powoduje przejście eutektyczne, lecz nie ma tutaj jednoznacznych wyników do którego dokładnie układu: ( +  w temperaturze 305°C (lub nawet niższej ok 210°C) lub ( +  w 428°C.

Wymienione reakcje zaproponowane przez Schurmanna i Vossa (Schurmann & Voss, 1981) postulują istnienie fazy  o nieznanej strukturze w okolicy 48% Mg i temperaturze w pobliżu 452°C. Faza  mogłaby formować się perytektycznie w 452°C według reakcji: L +    a następnie transformować podczas schładzania eutektycznie w 410°C według schematu:    + . Nie udało się jednak potwierdzić eksperymentalnie występowania tej fazy.

Strukturą fazy  zainteresował się również Sten Samson (Samson & Gorden, 1968). Na podstawie badań dyfrakcyjnych ustalił, że kryształ posiada symetrię R-3. Następnie stosując metodę najmniejszych kwadratów podczas dopasowania 28 wysoko-kątowych refleksów określi rozmiary komórki: a0 = 12.8254 Å i c0 = 21.7478 Å oraz, że 11 różnych pozycji krystalograficznych jest obsadzone 53 atomami.

3.1.3 -Al12Mg17

Jak zostało wspomniane wcześniej przedziały występowania fazy  oraz układu  + , zostały dobrze określone do temperatury 430°C. Powyżej tej wartości nie ma jednoznacznej odpowiedzi co do składu. Su i inni pomiędzy temperaturą 435°C a 445°C zaproponowali istnienie fazy  o zawartości 42.6% Mg powstającej podczas reakcji: L +    lub  +   . W podobnych warunkach koncentracji i temperatury zaobserwowano również fazę ’, jednak późniejsze badania wykazały że obie fazy mogą stanowić współmierną modulację fazy . Duże trudności w uzyskaniu odpowiednich warunków oraz jakości samych próbek nie pozwalają jednak na pełne potwierdzenie tych przypuszczeń (Czeppe, T. et al., 2003). Warto

52 wspomnieć, że pomimo składu Al12Mg17 rozpuszczalność fazy  jest bardzo duża w wysokich temperaturach (43 - 62% Mg w przedziale temperatur 435 - 450°C).

Na podstawie badań strukturalnych tej fazy z lat ‘70 (Papamantell & Fischer, 1970) ustalono że struktura fazy  to układ kubiczny (I43m) o wymiarze komórki a = 1.05 nm z dużą liczbą atomów dekorujących oraz lokalną symetrią ikozaedru. Najnowsze wyniki dyfrakcji elektronów i promieni X fazy  (Donnadieu, P. et al., 1998) (Donnadieu, P. et al., 2002) pozwalają opisać ten skomplikowany układ jako kryształ z trójwymiarową modulacją (nie)współmierną o wektorach modulacji p/q – 5/16, 6/19, 8/25 – n/(3n+1).

Tabela 3-2 zawiera zebrane dane literaturowe na temat energii i entalpii formowania się poszczególnych faz w układzie Al-Mg otrzymanych z obliczeń przy użyciu pakietu VASP* oraz ultramiękkich pseudopotencjałów (Zhong, Y. et al., 2005).

Tabela 3-2. Właściwości struktury oraz energia i entalpia formowania się różnych faz dla systemu Al-Mg z obliczeń zasad pierwszych. (Zhong, Y. et al., 2005)

Faza Stałe sieci [Å] Energia [eV/atom] Entalpia [kJ/mol atom]

FCC – Al a = b = c = 4.041 −3.6892 0 C15 – Al2Mg a = b = c = 7.667 −2.9784 −2.301 C14 – Al2Mg a = b = 5.448 c = 8.742 −2.9827 −2.713 C36 – Al2Mg a = b = 5.450 c = 17.514 −2.9836 −2.802 – Al140Mg89 a = b = c = 28.239 – Al30Mg23 a = b = 12.718 c = 21.848 −2.7682 −3.423 γ – Mg5Mg12Al12 a = b = c = 10.514 −2.4345 −3.599 γ – Mg5Al12Al12 a = b = c = 10.102 −3.3062 0.288 γ – Al5Mg12Mg12 a = b = c = 10.903 −1.7627 9.891 γ – Al5Al12Mg12 a = b = c = 10.424 −2.6561 11.684 HCP – Mg a = b= 3.177 c=5.172 −1.4852 0

Ze względu na ograniczoną zdolność obliczeniową dla układów powyżej 1000 atomów na komórkę elementarną i złożoność struktury -Al3Mg2 nie udało się otrzymać wyników z pierwszych zasad dla tej fazy. Wykonane zostały także obliczenia dla formowania się układu Al2Mg w trzech typach faz Lavesa. Wartości entalpii dla takich układów zawierają

* Vienna ab initio Simulation Package

dla fazy γ - Al12Mg17, zaproponowano dwa różne modele three-sublattice models, (Mg)5(Al, Mg)12(Al, Mg)12

53 się w przedziale -2.301 – -2.802 kJ/mol atom, z tego najniższą wartość przyjmuje układ w strukturze C36. Wcześniejsze ustalenia pokazują jednak brak stabilnej fazy Al2Mg. Na podstawie obliczeń dla fazy ,  i trzech typów faz Lavesa autorzy ustalili przedział formowania się fazy  jako: -3.370 − -5.318 kJ/mol atom (Rysunek 3-2).

Rysunek 3-2. Obliczenia entalpii dla układu Al-Mg w temperaturze 298 K w funkcji koncentracji Mg porównane z wcześniejszymi wynikami, zaznaczono dokładność obszaru występowania fazy (* - C14, × - C15, + - C36,  - ε-Al30Mg23, ■ - γ-Al12Mg17,  - wyniki uzyskane przez innych autorów). (Zhong, Y. et al., 2005)

W dokumencie Index of /rozprawy2/10293 (Stron 50-54)

Powiązane dokumenty