Свойства расплавов

В отличие от таких металлов, как железо, медь, алюминий, тугоплавкие металлы и соединения, служащие основой для производства СВТКМ, получают в твердом виде, минуя жидкое состояние. Ho это не означает, что роль жидкого состояния в металлургии BTM меньше. Во многих процессах металлургии BTM, не менее важных, чем получение исходных металлов или соединений, участвуют расплавленные вещества. К таким процессам относят, например, следующие:

а) плавление тугоплавких металлов и соединений для получения слитков или фасонных отливок;

б) спекание в присутствии жидкой фазы с целью ускорения процесса получения компактных KM методами порошковой металлургии;

в) производство СВТКМ пропиткой пористой заготовки жидкими металлами;

г) нанесение покрытий на изделия из BTM в результате их контакта с жидкими металлами;

д) рафинирование тугоплавких металлов перекристаллизацией или селективным испарением жидкой фазы.

К особенностям тугоплавких металлов относят сильные межатомные связи, что отражается, в частности, на температуре их плавления — основе для объединения этих металлов в одну группу. Более высокие силы связи между атомами как в твердом, так и в жидком состоянии приводят к тому, что многие свойства тугоплавких металлов оказываются экстремальными но отношению к свойствам других металлов. Тугоплавкие металлы, например, отличаются наибольшими значениями плотности, теплоты плавления и поверхностного натяжения, а изменение их объема при плавлении и энтропия плавления оказываются минимальными.

Исследование свойств жидких металлов — одно из наиболее сложных и наименее изученных направлений в металловедении. Трудности экспериментирования существенно возрастают, когда объектом исследования являются тугоплавкие металлы с температурой плавления выше 1650 °С. Трудности связаны не только с получением высокой температуры, но также с предупреждением загрязнения жидкого металла в результате его взаимодействия с атмосферой или с огнеупорными материалами, с получением равномерно нагретого объема жидкого металла, с уменьшением интенсивного конвективного перемешивания жидкости, с подавлением сильного испарения жидкого металла и т. д. Некоторые из перечисленных затруднений иногда оказываются непреодолимыми даже при современном уровне экспериментальной техники. Вследствие этого часто возникает необходимость в разработке новых методов, специально предназначенных для измерения свойств жидких тугоплавких металлов. Обычно эти методы основаны на принципе «бесконтактного» плавления металла (металл не входит в соприкосновение с огнеупорными материалами ни в процессе плавления, ни во время измерения). К числу бесконтактных методов относятся методы измерения свойств металла: 1) во взвешенном состоянии в магнитном поле; 2) на свободно падающих каплях или струе жидкого металла; 3) во время плавки в автотигле.

В связи с требованиями новой техники технология BTM на основе тугоплавких металлов начала интенсивно развиваться в течение последних пятнадцати лет. К этому же периоду относятся наиболее значительные работы по определению свойств жидких тугоплавких металлов. По таким свойствам, как, например, температура плавления или поверхностное натяжение, получены экспериментальные данные почти для всех тугоплавких металлов; в то же время по многим свойствам жидких тугоплавких металлов сведения полностью отсутствуют (магнитные свойства, растворимость газов, диффузия, теплопроводность); по другим — данные весьма ограничены (вязкость, электропроводность). Для практики и теории технологии CBTKM наиболее важны следующие свойства жидких тугоплавких металлов и сплавов на их основе: 1) температура плавления; 2) теплота плавления; 3) плотность; 4) вязкость; 5) упругость пара; 6) поверхностное натяжение; 7) теплопроводность.

Особого внимания заслуживают такие характеристики жидких тугоплавких металлов, как смачивание и растекаемость по поверхности твердых тел. Строго говоря, они не являются индивидуальными физическими свойствами жидкого металла, а представляют собой отражение совокупности свойств не только жидкого металла, но и твердого тела, с которым он входит в соприкосновение. Однако из-за практической важности их целесообразно рассматривать вместе с физическими свойствами, так же как и литейные свойства металлов.