Твердые растворы. Сплавы

Системы, состоящие из двух или более металлов, а также металлов и неметаллов, называются сплавами. Свойства сплавов отличаются от свойств исходных компонентов. Например, сплав из 40% кадмия (t_пл=321°С) и 60% висмута (t_nл=271°С) плавится при t_пл=144°С. Сплав золота с серебром характеризуется боль-

шей твердостью, в то время как сами эти металлы сравнительно мягкие.

Сплавы обладают металлическим блеском, электропровод­ностью и другими свойствами металлов. Это объясняется тем, что химическая связь в металлах металлическая.

Сплавы получают при смешивании металлов в расплавлен­ном состоянии, которые затвердевают при их охлаждении. Рассмотрим типичные случаи, возможные при образовании сплавов.

1. Расплавленные металлы смешиваются между собой в любых отношениях, неограниченно растворяясь друг в друге. Сюда относятся металлы, кристаллизующиеся в однотипных решет­ках и имеющие близкие по размерам атомы, например Ag-Cu, Ag-Au, Cu-Ni и т.д. При охлаждении таких сплавов получа­ются твердые растворы. Кристаллы твердых растворов содер­жат атомы обоих металлов, и поэтому твердые растворы пол­ностью однородны. По сравнению с чистыми металлами твердые растворы характеризуются более высокой прочнос­тью, твердостью, химической стойкостью; они пластичны и электропроводны.

2. Расплавленные металлы смешиваются между собой в любых отношениях, но при охлаждении твердый раствор не образует­ся. Затвердевая, этот сплав образует массу, состоящую из мель­чайших кристалликов каждого из металлов. Например: Pb-Sn, Bi-Cd, Ag-Pb и т.д.

3. Расплавленные металлы при смешивании взаимодействуют друг с другом, образуя химическое соединение—интерметаллиды. Например, такое соединение образует медь и цинк (CuZn, CuZn₃, Cu₃Zn₂), кальций и сурьма (Ca₃Sb₂), натрий и свинец (Na₂Pb, Na₂Pb₅, Na₄Pb) и т.д.

Существуют сплавы, которые рассматриваются как смеси ис­ходных металлов с продуктами их взаимодействия — интерметаллидами.

Некоторые сплавы готовят методом порошковой металлур­гии. Для этого берется смесь металлов в виде порошков, прессует­ся под большим давлением и спекается при высокой температуре в восстановительной среде. Таким способом получают в настоя­щее время сверхтвердые сплавы.

Большой вклад в изучение сплавов внес Н. С. Курнаков (1860-1941). Он разработал новый метод исследования сплавов — так называемый физико-химический анализ. С помощью этого метода установлены зависимости между составом и свойствами

многих сплавов, открылась возможность получать сплавы с зара­нее заданными свойствами: кислотоупорные, жаропрочные, сверхтвердые и др.

Огромное значение имеют сплавы на основе алюминия и же­леза. В состав некоторых сплавов входят неметаллы, например углерод, кремний, бор и др.