Способ определения эффективного заряда ионов в расплавах металлов Советский патент 1983 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к физикохш ическим способам исследования вещества, а точнее, к способу определения эффективного заряда ионов в расплавах металлов или их подвижности, и может быть использовано, например, при разработке технологий контактно-реактивной пайки. Известен способ определения эффективного заряда ионов в расплавах металлов путем пропускания тока через расплав металлов и измерения их переноса в условиях нестационарного процесса 1 ., Наиболее близким ft предлагаемому по технической сущности является способ определенна эффективного заряда ионов в расплавах металлов., заключающийся в том, что через распла пропускают электри1еский ток для . достижения стационарного состояния, при котором потоки электропереноса и диффузии становятся равными друг ДРУгуС2. Недостатком .известных способов является необходимость-предваритель .нрго определения зависимости распре Ыеления концентрации вдоль образца С (х). Для нахождения G (х) получают сравнительно большие разности концентраций на концах диффузионных зон. Поэтому для того, чтобы устранить кристаллизацию на концах зон берется температура опыта значитель но («.20°С)выше эвтектической. .Цель изобретения - упрощение спо соба путем исключения необходимости определения с (х) вдоль обрайца и обеспечение возможности распространения способа на температурный и концентрационный диапазон, близкий к эвтектическому. Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения эффективного заряда ионов в расллавах металлов, заключающемуся в том, .что через расплав пропускают электрический ток для достижения стационарного состояния, при котором пото ки электроп-ереноса и диффузии стано вятся равными друг другу, проводят контактное плавление с одновременным пропусканием электрического тока через контактную жидкую прослойку таким образом, чтобы потоки элек ропереноса и диффузии были направле ны навстречу друг другу, измеряют .толщину образовавшейся .контактной жидкой прослойки в условиях стационарного состояния и эффективный заряд находят по формуле Р(С,-С,) i коэффициенты само- и взаи модиффузии; С, и 02- ликвидусные концентрации, взятые при температуре опыта IJj/f, из диаграммы состояний;6 - заряд электрона; р - удельное электросопротивление расплава; DiTid - плотность тока; К - постоянная Больцмана; rf - толщина образовавшейся контактной прослойки в условиях стационарного состояния. Кроме того, образцы металлов контактируют друг с .другом в горизон тальной плоскости. Способ осуществляют следующим образом.. Через контактную жидкую зону пропускают электрический ток так,° чтобы диффузионный поток и поток электропереноса былинаправлены в paaHtiie стороны Практически это может быть осуществлено следующим образом. Одновременно в термостате производят три опыта по контактному плавлению. В одном опыте через прослойку не пропускают электрический ток. В двух других ток пропускают в разных на;правлениях. В ьшкроскоп МБС-2 наблюдают за ростом жидких контактных прослоек во времени одновременно в трех опытах: cf- ве-,личина прослойки, где электрический ток отсутствует,ё - где электрический ток задерживает рост жид-, кой прослойки и - где электрический ток увеличивает скорость роста контактной жидкости. Когда (э достигает свое предельное значение , наступает стационарное состояние. Направление задерживающего тока предсказатьтрудно, поэтому осуществляют два опыта с противоположными направлениями тока, В отличие от из- вестных в предлагаемом способе в берется не соотношение равенства сил, действующих на ион, а равенство потоков диффузии j. и Тд потока электропереноса, запишется следующим образом ЭС Di zteEC.. D находят из опыта без тока по формуле (ч-Ч) Zt (С,)(1-С2-Сз| где г - время опыта; С и С - равновесные ликвидусные концентрации, которыэ находят из диаграммы состояний; D - коэффициент самодиффузии, который находят по методу измерения смещения ине ных меток, введенных в пр слойку между контактно пл вящимися металлами; - парциальный относительный объем компонента. этом принимгиот эс .Ц-Ч ЭХ сГ Пример 1. Берут два цилиндрических образца диаметром 3 м пэмещгиот в стеклянную трубку того же внутреннего диаметраj контакти.руют торцами и.закрепляют эту систему в держатель, который помещают в термостат Taij:, чтобы контактная поверхность располагалась горизонтально. При температуре опы та притирают образцы до появления жидкости после чего их закрепляют и включают ток. Процесс происходит при а,тмосферном давлении и темпера туре выше эвтектической, но ниже темпе)атуры плавления легкоплавко,гр компонента и ведется до наступления стационарного состояния,т.е. когда величина жидвой прослойки в образце, где потоки диффузии и электропереноса направлены в раз- , ные стороны, не изменяется со времеием. За процессом наблюдают визуально. Затем образцы вынимают, кристгшлизуют, измеряют величину замороженной жидкой прослойки и из формулы P() -t P(VSF, P(VS) . P,- еЕЦ . определяют эффективный заряд иона. Беря ,3 ЗА и диаметр образца (, в системе pn-Bi получают значения(f.0.8 мм, «0,02, D 0,79-10-5 %13 „ 0,8. ,2-10yE,t 80lO- OMM, Сз„ 55 и тогда Z 0,7, t33 CB- о, li -1,4. Пример 2. Аналогичен примеру 1, при этом, беря Т- 127с, .,Э 4А и диаметр образцов ,Б ., системе М- РЬ получаются значения (г 1,0 мм, C,-C-.0,04.D n.42-in-5CMf меру 1, при этом, беря Т 147°С 3 ЗА и диаметр образцов системе Cd-Bi получают значения(Г , 0,55 мм, С,-С,0,) 1,1ID 1)..0,5-10-5 Х ОИ5.10-5 . -IO SOM-M, ,44, ед, 0,54 и тогда Zcd 2,4, а -2,3. Таким образом, с пом.рщью предлагаемого способа устранена трудоемкая операция по нахождению концентрации вдоль зоны диффузии, расширилась область исследования.

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ЗАРЯДА ИОНОВ В РАСПЛАВАХ МЕТАЛЛОВ, заключающийся в том, что через расплав пропускают электрический ток для достижения стационарного состояния, при котором потоки электропереноса и диффузии становятся равными Друг другу, отличающийся тем, что, с целью расширения области использования и упрощения способа, проводят контактнЪе плавление с одновременным пропусканием элйхтрического тока через кон- . тактную жидкую прослойку таким образом, чтобы потоки электроперено.са и диффузии были направлены навстречу друг другу, измеряют толщину образовавшейся контактной жидкой. ПРОС410ЙКИ в условиях стационарного состояния и эффективный заряд находят по формуле (VS) 4Df ЗерС. гдеС. коэффициенты само- и взаи модиффузии;i ликвидусные концентрации, взятые при температуре опыта ТррИз диаграммы состояний; е - заряд электрона; СЛ р - удельное электросопротив2 ление расплава; 3/J)cJ - плотность тока; К - постоянная Бальцмана; сГ - толщина образовавшейся кон . 5 тактной прослойки в условиях стационарного состоя-; нвя« 2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что образцы металМ лов контактируют друг с другом в горизонтальной плоскости. со 4