Теоретические соображения

Во многих двойных сплавах по данным фазовых диаграмм при невысокой концентрации легирующего элемента структура представляет собой первичные твердые растворы с кристаллической решеткой, аналогичной решетке образующего их основного металла. В настоящее время твердо установлено, что в двойных системах одно- и двухвалентных металлов чаще всего образуются твердые растворы замещения, что зависит от соотношения атомных размеров, валентности и электроотрицательности элементов, участвующих в растворе.

Эти принципы (предложенные Юм-Розери и его сотрудниками) по-зволяют установить характер сплавов, образующихся между метал,- лами I и II групп периодической таблицы. Применимость этих принципов к двойным системам, состоящим из металлов с большим атомным номером и более высокой валентностью, в особенности к переходным металлам, ограничена. Это связано с недостатком знаний как в отношении валентности металлов со сложным строением атома, так и их влияния на растворимость в твердом состоянии.

Несмотря на некоторую неопределенность, связанную с фактором валентности, можно рассмотреть эти принципы применительно к образованию первичных твердых растворов в двойных сплавах с высоким содержанием молибдена.

Соотношение атомных размеров

Основным критерием образования твердых растворов между металлами, независимо от их валентности, является соотношение атомных размеров.

Широкая область твердых растворов в первом приближении может образоваться только между такими элементами, которые обладают атомными диаметрами, отличающимися друг от друга не более чем на ±15%.Когда отличие в атомных размерах превышает этот предел, образуется ограниченная растворимость; протяженность области твердых растворов обычно уменьшается с увеличением различия в атомных размерах.

Для большинства элементов с неблагоприятным соотношением атомных размеров предельная растворимость в твердом состоянии, как правило, увеличивается с повышением температуры, создавая, таким образом, условия, необходимые для дисперсионного твердения. Совершенно очевидно, что сплавы таких элементов имеют особо важное значение, если требуется получить материал, обладающий высокой твердостью и прочностью.

Образования непрерывного ряда твердых растворов можно ждать только в том случае, если элементы обладают благоприятным соотношением атомных размеров, а также имеют аналогичную или весьма близкую кристаллическую решетку (незначительное отличие в отношении периодов). Полная взаимная растворимость в твердом состояний наблюдается во многих двойных системах, состоящих из переходных металлов, не обязательно относящихся к одной и той же группе периодической таблицы.

За атомный диаметр принимается наименьшее расстояние между атомами в кристаллической решетке элемента при наиболее плотной упаковке. При таком определении диаметра встречается ряд трудностей в отношении таких металлов, как индий, таллий, свинец, белое олово. Эти металлы не полностью ионизируются, находясь в кристаллической форме (т. е. имеют более высокое значение атомного диаметра и необычную валентность), но часто переходят в полностью ионизированное состояние при образовании твердых растворов. Атомные диаметры указанных элементов в полностью ионизированном состоянии можно определить (как предложил Юм-Розери), вычитая из диа-метра атома в кристаллической решетке произвольную величину, равную 0,3 А.На атомный диаметр алюминия влияет ширина зоны Брил- люэна,' в то же время атомный диаметр галлия не зависит от искажений кристаллической решетки. Для этих элементов могут быть использованы рекомендуемые значения, равные 2,7—2,8 А и 2,44 А соответственно.

Многие элементы претерпевают аллотропические превращения. Аллотропические модификации элементов имеют различные атомные размеры; следовательно, растворимость каждой фазы различна, и ее необходимо рассматривать отдельно.

Благоприятное соотношение атомных размеров определяет только возможность образования твердых растворов в широком интервале концентраций, так как даже при выполнении этого условия растворимость может быть существенно ограничена другими факторами: валентностью, металлическим характером или тем и другим одновременно.