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 ( )  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 Ti Al Mg

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 ( ) Magnezit MgCO 3 narážka na chemické složení Brucit Mg(OH) 2 Archibald Bruce ( ) Karnalit MgCl 2.KCl.xH 2 O Rudolf von Carnall ( ) Kiesserit MgSO 4.H 2 O Dietrich Georg Kieser ( ) Bischofit MgCl 2.6H 2 O Karl Gustav Bischof ( ) 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 – IG Farbenindustrie

27 Dead Sea Magnesium

28 Světová produkce hořčíku Země Výroba hořčíku (1000 t) USA Brazílie9999 Kanada Čína Izrael Indie11,511 Francie Norsko Srbsko1324 Ukrajina86210 Rusko Kazachstán Celkem

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: 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 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, AM202,00,010,50, AM504,80,010,30, AM605,80,010,30, AS212,00,20,21, AS414,50,20,21, AE423,80,22, ZC636,00,22, ,0 ZE414,21, ,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, QE220,72,12, WE430,73,44, WE540,73,05,

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