Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Fázové diagramy  FÁZE – část termodynamické soustavy, která (nepůsobí- li vnější síly) je fyzikálně i chemicky homogenní a od ostatních částí soustavy.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Fázové diagramy  FÁZE – část termodynamické soustavy, která (nepůsobí- li vnější síly) je fyzikálně i chemicky homogenní a od ostatních částí soustavy."— Transkript prezentace:

1 Fázové diagramy  FÁZE – část termodynamické soustavy, která (nepůsobí- li vnější síly) je fyzikálně i chemicky homogenní a od ostatních částí soustavy je oddělena ostrým rozhraním  fáze  skupenství !  SLOŽKA – chemické „individuum“, které je složkou fáze (lze nezávisle měnit koncentraci těchto individuí)  POČET STUPŇŮ VOLNOSTI – počet nezávislých parametrů, které musíme udat, aby byl jednoznačně určen rovnovážný stav soustavy obsahující s složek a f fází

2 Fázový diagram a 1, 2 – křivky tuhnutí (tání) b – křivka kapalnění c – křivka sublimace trojný bod kritický bod v – počet stupňů volnosti f – počet fází s – počet složek

3 Gibbsovo fázové pravidlo počet stupňů volnosti počet složek počet fází

4 Binární fázové diagramy  FÁZE – část termodynamické soustavy, která (nepůsobí- li vnější síly) je fyzikálně i chemicky homogenní a od ostatních částí soustavy je oddělena ostrým rozhraním  fáze  skupenství !  SLOŽKA – chemické „individuum“, které je složkou fáze (lze nezávisle měnit koncentraci těchto individuí)  POČET STUPŇŮ VOLNOSTI – počet nezávislých parametrů, které musíme udat, aby byl jednoznačně určen rovnovážný stav soustavy obsahující s složek a f fází

5 Typy binárních slitin ê směs krystalů obou čistých prvků ê směs krystalů tuhých roztoků obou prvků ê tuhý roztok obou prvků ê krystaly sloučenin obou prvků

6 Složky dokonale rozpustné v tekutém i tuhém stavu solidus likvidus tavenina tuhý roztok

7 Kovy v pevném stavu navzájem nerozpustné např. olovo-antimon

8 Kovy v pevném stavu navzájem částečně rozpustné (eutektický diagram) - dokonalá rozpustnost v tekutém stavu - částečná rozpustnost v tuhém stavu

9 Kovy v pevném stavu navzájem částečně rozpustné (peritektický systém)

10 Binární diagram soustavy Mg-Li < 5,5 hm.% Li fáze  > 11 hm.% Li fáze           hexagonální (hcp) kubická prostorově centrovaná (bcc)

11 Železo - uhlík

12 Kovy s nimiž se běžně setkáváme převážně slitiny

13 Slitiny mědi: + Zn  mosazi + Ni  mědi-nikly bronzy (Cu + Sn - doba bronzová) + P, + Al, + Si, + Pb,... červený bronz (tzv. umělecký bronz) Cu + Sn + Zn + Pb  sochy, zvony, zpívající fontána Slitiny, které nás obklopují:

14  větší mechanická pevnost  lepší slévárenské vlastnosti  větší tvrdost  lepší tvarovatelnost za studena Proč slitiny a ne čisté kovy?

15 dřívější haléřové mince - hliník ostatní - ocelový kotouček pokrytý: 1, 2, 5 Kč - niklem 10 Kč - mědí 20 Kč - mosazí 50 Kč - ocelové jádro, střed mosaz, obvod měď 1 Kčs (2.9.1957 - 30.9.1993)  bronz Cu-Al-Mn (91:9:1) MINCE

16 Proč zkoumáme lehké kovy Náročné požadavky na nové materiály - malá hmotnost - velká pevnost - dobrá odolnost vůči nepříznivým vlivům vnějšího prostředí - přijatelná cena - dostatečné zásoby surovin pro jejich výrobu - nutnost snížení emisí „skleníkových plynů“ do ovzduší - zpřísnění ekologických požadavků v automobilové a letecké dopravě

17 Lehké kovy  Titan a jeho slitiny  Hliník a jeho slitiny  Hořčík a jeho slitiny  kg/m 3 T t °C Ti45101660 Al2699660 Mg1739649

18 Titan   izolován před 200 lety (ilmenit, rutil)   poměrně drahý   složitá několikastupňová výroba   tenké oxidové povlaky - duhové efekty (moderní šperky)   odolnost proti korozi   výborné mechanické vlastnosti

19 Titanové slitiny   hustota  = (4 400 – 4 800) kg/m 3   mez kluzu až 1,4 GPa   velká pevnost při vysokých teplotách   vysoká specifická pevnost   výborná odolnost vůči korozi a erozi tvrdými částicemi   dobrá tepelná vodivost - letecké motory (lopatky turbín a kompresorů) - nosné části letadel - až čtvrtina hmotnosti některých vojenských letounů

20 Hliníkové slitiny   dural (náhodný objev v první čtvrtině 20. století)   1916 – první letadla z duralu (Junkers)   1993 – celohliníkový luxusní automobil Audi A8   1997 – na autosalonu ve Frankfurtu nad Mohanem představena studie vozu Audi Al 2 (4 litry benzínu na 100 km jízdy)   jemnozrnné superplastické slitiny

21

22 Z historie hořčíku 1618 – hořká voda v Epsonu (Anglie) → Epson salt (vyhledávaná léčivá sůl) 1700 – v Římě je z mořské vody vyráběna sůl magnesia alba (obdoba Epson salt) 1755 – Joseph Black → v magnesia alba je sůl nového doposud neznámého kovu 1760 – Andreas Marggraf připravil z hornin nalezených v Sasku krystaly shodné s krystaly Epson salt 1808 – Humprey Davy izoloval z magnesia alba malé množství kovu (nazval jej magnium)

23 Z historie hořčíku 1831 – Antoine Bussy připravil Mg žíháním chloridu hořečnatého v parách draslíku 1833 – Michael Faraday připravil Mg elektrolýzou roztoku chloridu hořečnatého 1852 – Robert Bunsen ověřil v Heidelbergu Faradayův experiment → sestrojil aparaturu pro elektrolytickou výrobu hořčíku

24 Hořčík v přírodě   osmý nejrozšířenější prvek v zemské kůře (2,1 %)   mořská voda (průměrně 1,4 g v 1 litru)   slaná jezera (např. Great Salt Lake v Utahu)   Mrtvé moře   podzemní solné roztoky  v podstatě nevyčerpatelné zásoby

25 Hlavní zdroje hořčíku minerál chemická značka původ názvu Dolomit CaCO 3.MgCO 3 Dieudonné de Dolomieu (1750-1801) Magnezit MgCO 3 narážka na chemické složení Brucit Mg(OH) 2 Archibald Bruce (1777-1818) Karnalit MgCl 2.KCl.xH 2 O Rudolf von Carnall (1804-1874) Kiesserit MgSO 4.H 2 O Dietrich Georg Kieser (1779-1862) Bischofit MgCl 2.6H 2 O Karl Gustav Bischof (1792-1870) Kainit KCl.MgSO 4.3H 2 O z řečtiny – kainos = nový Langbeinit K 2 SO 4.MgSO 4 A. Langbein

26 První výrobci hořčíku 1886 – Aluminium-Magnesium Fabrik (Hemelingen - Německo) → elektrolýza roztaveného karnalitu 90. léta 19. století – Bitterfeld (poblíž Lipska) → Chemische Fabrik Griesheim Elektron 1895 – Dow Chemical Company (Midland, Michigan) → z podzemních solných roztoků 1916 – spojení německých výrobců → od r. 1925 – IG Farbenindustrie

27 Dead Sea Magnesium

28 Světová produkce hořčíku Země Výroba hořčíku (1000 t) 1996199820002002 USA14211774 Brazílie9999 Kanada425755107 Čína60120195205 Izrael-25 34 Indie11,511 Francie101617- Norsko35495020 Srbsko1324 Ukrajina86210 Rusko51534062 Kazachstán12151015 Celkem371485480541

29 Některé vlastnosti hořčíku  hustota za pokojové teploty:  = 1,738 g/cm 3  teplota tání při normálním tlaku: t t = 650 °C  teplota varu (normální tlak): t v = 1090 °C  součinitel délkové roztažnosti (RT):  = 26,1·10 -6 K -1  maximální napětí (odlévaný hořčík): 90 MPa  měrná tepelná kapacita (20°C): c p = 1,025 kJ·kg -1 K -1  tepelná vodivost: 148-171 W·m -1 ·K -1  mez kluzu v tahu (odlévaný Mg): 21 MPa  mez kluzu v tlaku (odlévaný hořčík): 21 MPa  relativní permeabilita:  r = 1,000012

30 Přednosti a nevýhody hořčíku  malá hustota  (výhledově) nízká cena  (v podstatě) nevyčerpatelné zásoby  dobře tlumí vibrace  malá pevnost  snadno koroduje + -

31 Cesty ke zlepšení vlastností hořčíku  slitiny s jinými kovy  zmenšování zrna  zpevňování vlákny nebo částicemi (keramika, kov)

32 Z historie hořčíkových slitin   První slitiny: Mg -Al -Zn; Mg -1,5% Mn   1925: ~ 0,2 hm.% Mn zlepšuje korozní odolnost   Hanawalt et. al.: Rychlost koroze roste při překročení obsahu: Ni... 5 ppm Fe …170 ppm Cu...1300 ppm

33 1937 Sauerwald et al. :  Přidání Zr zamezuje růstu zrn  Po několika letech - vývoj nové řady Mg slitin: AM503 (Mg-1,5%Zr) ZK61 (Mg-6%Zn-0,8%Zr) HZ11 (Mg-0,6%Zn-0,6%Zr-0,8%Th)

34 poprvé před 100 lety Volkswagen - Brouk - kliková skříň - skříň převodovky Později: První aplikace Mg slitin

35 Komerčně úspěšné hořčíkové slitiny Alhm.%Znhm.%Mnhm.%Sihm.%REhm.%Cuhm.%  02 MPa  max MPa ff%ff%% AZ919,20,70,21502507 AM202,00,010,50,019021519 AM504,80,010,30,0112023015 AM605,80,010,30,0113025014 AS212,00,20,21,012522515 AS414,50,20,21,013025015 AE423,80,22,513023012 ZC636,00,22,71252104,0 ZE414,21,21042053,5

36 Hořčíkové slitiny se Zr a vzácnými zeminami Zrhm.%Znhm.%REhm.%Aghm.%Yhm.%  02 MPa  max MPa ff%ff%% EZ330,62,73,31101602 QE220,72,12,51952603 WE430,73,44,01652502 WE540,73,05,21702502

37 Výrobky z hořčíkových slitin

38


Stáhnout ppt "Fázové diagramy  FÁZE – část termodynamické soustavy, která (nepůsobí- li vnější síly) je fyzikálně i chemicky homogenní a od ostatních částí soustavy."

Podobné prezentace


Reklamy Google