книги из ГПНТБ / Рытвин Е.И. Платиновые металлы и сплавы в производстве стеклянного волокна [учеб. пособие]

ния в рутении в твердом состоянии менее 2 ат.°/о (0,5 вес.%)- Эвтектический сплав рутения с 10,1 ат.% (3,0 вес.%) кремния плавится при ~1490°С.

В системе иридий—кремний также образуются си­ лициды. При 9,5 ат.% кремния и 1470°С существует эьтектика.

Диаграмма состояния системы кремний—золото от­ носится к эвтектическому типу с очень низкой темпера­ турой начала плавления сплавов (~370°С).

Взаимодействие титана с платиновыми металлами и золотом приводит к образованию химических соединений и эвтектик.

Диаграммы состояния систем титан — благородный металл показаны на рис. 28, г, д, е, ж.

Системы свинец—платина, свинец—палладий и сви­ нец—золото характеризуются протеканием перитектических и эвтектических реакций с сильным понижением температур начала плавления сплавов по мере увеличе­ ния в них содержания свинца. В рассматриваемых си­ стемах имеются химические соединения (рис. 28, з, и, к). При взаимодействии свинца с иридием и родием также образуются химические соединения. Об образовании хи­ мических соединений в системе свинец—рутений данных не имеется.

Анализ диаграмм состояния свинец — благородный металл показывает, насколько велика вероятность обра­ зования легкоплавких составляющих при загрязнении свинцом сплавов платиновых металлов.

Взаимодействие олова с платиной, палладием, ро­ дием и золотом характеризуется протеканием перитектических реакций, образованием химических соединений и наличием эвтектик (рис. 28,л, м, н, о). Химические со­

платиновых металлах их температура плавления сильно понижается.

Таким образом, при взаимодействии платиновых ме­ таллов с элементами четвертой группы, особенно углеро­ дом, кремнием, свинцом и оловом, велика вероятность образования таких фаз и составляющих, которые могут привести в условиях высокотемпературного нагрева к быстрому разрушению вследствие хрупкости или оплавления.

Взаимодействие платиновых металлов и золота с элементами пятой группы периодической системы

Из элементов пятой группы периодической системы к примесным элементам в платиновых металлах относят фосфор, мышьяк, сурьму и висмут. Все эти элементы имеют сложные кристаллические решетки, поэтому при их взаимодействии с платиновыми металлами возмож­ ность образования непрерывного ряда твердых раство­ ров практически исключается.

Известно, что небольшие добавки фосфора вызыва­ ют сильное увеличение хрупкости платиновых металлов. Это объясняется образованием легкоплавкой эвтектики по границам зерен. Из диаграмм состояния (рис. 29 а, б, в, г) видно, что допустимая растворимость фосфора в платиновых металлах и золоте может быть ничтожной (масштаб диаграммы не позволяет это показать), если она вообще существует. Так, максимальная раствори­ мость фосфора в платине в твердом состоянии составля­ ет 0,03 ат.% (0,005 вес.%). Практически также мала растворимость фосфора в твердом состоянии в палла­ дии— 0,03 ат.% (0,01 вес.%). В золоте фосфор совер­ шенно нерастворим в твердом состоянии. О возможной растворимости фосфора в рутении и иридии сведений не имеется. Известно только, что при введении в рутений 1,6 ат. % (0,5 вес. %) фосфора образуется эвтектика с температурой плавления 1425 °С. Эвтектические состав­ ляющие, образуемые фосфором при взаимодействии с благородными металлами, имеют сравнительно низкие температуры плавления, особенно в системе фосфор — платина (~590°С). Эвтектическая температура в систе­ ме фосфор — иридий соответствует примерно 1300 °С. Все платиновые металлы и золото образуют с фосфором химические соединения — фосфиды.

О взаимодействии платиновых металлов и золота с мышьяком в справочной литературе имеется мало дан­ ных. По-видимому, диаграммы состояния мышьяка с благородными металлами относятся к эвтектическому типу, хотя из этих диаграмм построено только две (рис. 29, д, е). Эвтектические температуры в системах мышьяк—платина и мышьяк—золото очень низкие. Рас­ творимость мышьяка в золоте ~0,2 ат.% (0,08 вес.%). О растворимости мышьяка в платиновых металлах дан­

82

ные отсутствуют. Имеются сведения об образовании ар­ сенидов платиновых металлов и золота. Температура плавления арсенида палладия PdAs2 (58,4 вес.% As) — 680°С. О температурах плавления других арсенидов ин­ формации не имеется.

Взаимодействие платиновых металлов и золота с сурьмой описывается достаточно сложными диаграмма­ ми состояния (рис. 29,ж, з, и, к, л).

В системе сурьма—платина имеется широкая эвтек­ тическая область. Эвтектическая температура довольно низкая — около 700 °С. Образуются химические соеди­ нения. По-видимому сурьма растворяется в платине в твердом состоянии до 11 ат. % (7 вес. %). Диаграмма состояния системы сурьма — палладий свидетельствует о протекании перитектических реакций, образовании хи­ мических соединений и эвтектики. С увеличением кон­ центрации сурьмы температура плавления сплавов силь­ но понижается.

Взаимодействие в системе сурьма—родий описано в основном только частью диаграммы со стороны сурьмы. Характерно образование химических соединений и эв­ тектики, температура плавления которой ниже, чем чи­ стой сурьмы.

В системе рутений—сурьма также имеются эвтек­ тики и химические соединения. Диаграмма состояния этой системы не построена.

Взаимодействие сурьмы с иридием характеризуется протеканием перитектической реакции и образованием химических соединений.

Из диаграммы состояния системы сурьма—золото видно, как'с небольшим увеличением содержания сурь­ мы температура плавления оплава резко снижается. Эв­ тектика в этой системе плавится при 360 °С. Максималь­

о, п, р ) .

Анализ-диаграммы состояния висмут—платина пока­ зывает, что компоненты в этой системе растворяются весьма незначительно (если они вообще растворяются). Образующаяся (уже при незначительных количествах висмута) эвтектика BiPt + Pt плавится при 730°С. По-

Т

этому даже самые ничтожные добавки висмута могут вызвать хрупкое разрушение платины при нагревании вследствие образования легкоплавкой составляющей.

В системе висмут—палладий наблюдается довольно широкая область твердого раствора со стороны палла­ дия. Растворимость палладия в висмуте не превышает 0,1 ат.%. При взаимодействии висмута и палладия про­ текают перитектические реакции, образуются химические соединения, промежуточные фазы и эвтектические со­ ставляющие. Локальная концентрация висмута в сплаве более 15—20 ат.% может вызвать его хрупкое разруше­ ние из-за сильного снижения температуры плавления участков, обогащенных висмутом.

Диаграмма состояния висмут—родий со стороны ро­ дия не построена. Однако установлено, что висмут в ро­ дни растворяется незначительно. По-видимому, неболь­ шие добавки висмута могут сильно снижать температуру плавления сплава на основе родия.

Взаимная растворимость висмута и рутения в жидком состоянии весьма ограничена, а в твердом, по-видимому, вообще отсутствует. Диаграмма состояния висмут—ру­ тений не построена. О возможном взаимодействии ком­ понентов в системе висмут — иридий можно судить по диаграмме состояния (рис. 29,/г). Система висмут — зо­ лото относится к эвтектическому типу. Растворимость висмута в золоте не превышает 0,07 ат.% (0,07вес.%). Следовательно, даже малые добавки висмута очень сильно влияют на снижение температуры начала плав­ ления сплава.

Взаимодействие платиновых металлов и золота с элементами шестой группы периодической системы

Примесными элементами из шестой группы периоди­ ческой системы являются кислород, сера, селен и теллур. Тип кристаллической решетки последних трех элементов отличается от кристаллической решетки благородных ме­ таллов, что предопределяет отсутствие в рассматривае­ мых системах непрерывного ряда твердых растворов.

Диаграммы состояния платиновых металлов и золо­ та с кислородом не построены. Описаны только некото­ рые окислы, образуемые благородными металлами при взаимодействии с кислородом. Более подробно вопросы окисления рассмотрены ниже (см. с. 177).

87

6

Вес. % 5 75 25 35 50 ,0 90

Рис. 30. Диаграммы состояния элементов шестой группы пе­ риодической системы с плати­ новыми металлами и золотом (схемы):

а — сера — палладий; б — сера — зо­ лото; в — селен — золото; л~. а — теллур — палладий; 6 — тел-

™лур — золото.

г

вия платины и серы образуются сульфиды PtS и PtS2. Из диаграммы состояния палладий—сера видно (рис. 30, а), как небольшие добавки серы резко снижают температуру плавления палладия. Растворимость серы в палладии составляет 0,01 вес.%- В системе образуются химические соединения — сульфиды палладия. Известно также существование сульфидов в системах сера — ро­ дий, сера — рутений и сера — иридий.

В системе сера—золото (рис. 30, б) наблюдается ог­ раниченная растворимость компонентов в жидком и твердом состояниях. Максимальная растворимость серы в золоте при 1048°С составляет 4,96% (0,84 вес.%).

При изучении системы селен—платина было установ­ лено, что селен практически нерастворим в платине. Воз­ можно, что образуется химическое соединение — селенид платины. Селениды обнаружены также в системах се­ лен—палладий, селен—родий, селен—рутений и селен— иридий. Диаграмма состояния селен — золото показана на рис. 30, в. Максимальная растворимость селена в зо­ лоте при 1020°С составляет 12 ат.% (5,2 вес.%).

При взаимодействии теллура с платиновыми метал­ лами образуются теллуриды. Диаграмма состояния си­ стемы теллур—палладий показана на рис. 30, г. Из диа­ граммы видно резкое снижение температуры плавления палладия при взаимодействии с теллуром. Имеются све­ дения о том, что в системе теллур—рутений существует

(рис. 30,(5). Растворимость теллура в золоте очень мала, по-видимому, менее 0,1 вес.%. Небольшая добавка тел­ лура к золоту вызывает резкое увеличение хрупкости ме­ талла вследствие присутствия хрупкой фазы АиТе2.

Взаимодействие платиновых металлов и золота с элементами восьмой группы периодической системы

Наиболее вероятными примесными элементами в пла­ тиновых сплавах являются никель и железо; железо име­ ет две модификации кристаллической решетки. При тем-

89

Вес. %

3

Вес.”/,

Рис. 31. Диаграммы состояния элементов восьмой группы периоди- ' ческой системы с платиновыми металлами и золотом (схемы):

пературах ниже 900 °С (a-железо) и выше 1400 °С (6-же­ лезо) железо имеет ОЦК-решетку, а в интервале темпе­ ратур 900—1400 °С (у-железо)— ГЦК-решетку. Никель имеет ГЦК-решетку. Железо и никель — ферромагнитные металлы. Отмеченные особенности железа и никеля в зна­ чительной мере отражаются на виде их диаграмм состоя­ ния с платиновыми металлами (рис. 31). Атомные ра-

91