Soluciones sólidas y equilibrio de fases

Transcripción

1 Soluciones sólidas y equilibrio de fases

2 Fases y diagrama de fases Los elementos metálicos puros tienen aplicaciones técnicas; Ej.; Cu o Al de pureza ultra alta se usan para fabricar circuitos microelectrónicos. Sin embargo la mayoría de las aplicaciones se usan aleaciones

3 Un acero al carbón es una aleación de hierro (Fe) y el carbono (C). Los aceros inoxidables, son aleaciones que suelen tener Fe, C, Cr y Ni. Hay aleaciones monofásicas y aleaciones polifásicos. Fase se define como toda porción que puede incluir a la totalidad de un sistema, que es físicamente homogénea dentro de sí misma y limitada por una superficie, de tal modo que sea mecánicamente separable de cualquier otra porción.

4 Una fase tiene las siguientes características 1.- Tiene la misma estructura o arreglo atómico en su interior 2.-Aproximadamente, tienen la misma composición y propiedades en su interior. 3.-tienen interfaz definida entre ésta y las fases que lo rodean o está, adjuntas

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6 Arreglo de fases Gibbs desarrolló la reglas de fases. Describe la relación entre la cantidad de componentes y la cantidad de fases para determinado sistema y las condiciones que pueden cambiarse, por ej. Temperatura y presión.

7 2 + C = F + P Cuando T y P varían C es la cantidad de componentes químicamente independientes. F es la cantidad de grados de libertad o cantidad de variables( temperaturas, presión o composición) P es la cantidad de fases. Nótese que las fases no necesariamente son la fase gaseosa, líquida o sólida

8 Ej. Magnesio puro

9 Punto A 2 + C =F + 1 F = 2 Se puede cambiar la presión o la temperatura o ambas y estar en la parte líquida. Punto B =F + 2 F = 1 Se se cambia la presión también se debe ajustar la temperatura. Punto C =F + 3 F = 0 Solo si la presión y las temperatura están fijos Punto triple

10 Solubilidad y soluciones sólidas Con frecuencia es bueno conocer cuánto de cada material o componente se puede combinar sin producir una fase adicional. Es decir estamos interesados en la solubilidad de un material en otro

11 Solubilidad ilimitada Independiente de la relación entre el solvente y el soluto solo se produce una fase.

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13 Una solución sólida no es una mezcla. Una mezcla contiene más de una clase de fase cuyas características se mantienen

14 Solubilidad ilimitada

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17 Sistemas poliméricos Se pueden formar materiales lla mados copolímeros formados por distintos monómeros. Ej. Acrilonitrilo, butadieno y estireno. Co polímero ABS

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19 Condiciones para una solubilidad ilimitada 1.- Factor tamaño: diferencia de radios no mayor que un 15% 2.-Estructura cristalina. 3.-valencia 4.-Electronegatividad

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21 Endurecimiento por solución sólida Generado por la formación de solución sólida. Causa mayor resistencia al movimiento de dislocaciones. El latón Zn-Cu es mas resistente que el Cu. Au-Ag

22 Grado de reforzamiento por soluciones sólidas Depende de dos factores 1.-Una gran diferencia en el radio atómico entre el disolvente (anfitrión) y el soluto(huesped) aumenta el efecto de reforzamiento

23 2.- La mayor cantidad de elemento de aleación que se agregue producirá un mayor defecto de reforzamiento. Una aleación de Cu-Ni 20% es mas resistente que Cu-Ni10%

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25 Efectos de reforzamiento 1.- Son mayores las resistencia de cedencia, resistencia a la tensión y dureza. 2.-La ductibilidad es inferior 3.-la conductibidad es menor 4.-La perdida de resistencia a temperaturas elevadas mejoran con el reforzamiento

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27 Diagrama de fases isomorfos Un diagrama de fase muestra las fases y sus composiciones en cualquier temperatura y composición en una aleación. Cuando en un material solo existen dos componentes se puede hacer un diagrama binario de fases

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29 Temperaturas liquidus o de líquido Temperatura sobre la cual el material se encuentra líquido. Temperatura solidus o de sólido, es aquella debajo de la cual existe solo sólido. Intervalo de solidificación, coexisten dos fases liquido y sólido

30 Relación entre las propiedades y el diagrama de fases

31 Solidificación de aleaciones de solución sólida

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