Lataa esitys
Esittely latautuu. Ole hyvä ja odota
JulkaistuPekka Kinnunen Muutettu yli 9 vuotta sitten
1
Faasipiirrokset, osa 2 Binääristen piirrosten tulkinta
Ilmiömallinnus prosessimetallurgiassa Syksy 2014 Teema 1 - Luento 4 Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
2
Tavoite Oppia tulkitsemaan 2-komponentti-systeemien faasipiirroksia
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
3
Binääriset koostumus-lämpötilapiirrokset (paine vakio)
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
4
Binääriset koostumus-lämpötilapiirrokset
Monimutkaisemmatkin piirrokset koostuvat tietyistä perustyypeistä Aukoton liukoisuus Eutektinen tasapaino Peritektinen tasapaino Monotektinen tasapaino Välifaasit Tulkinnan kannalta hallittava erilaiset tasapainotyypit sekä osattava käyttää ns. vipusääntöä Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
5
Binäärisysteemeissä esiintyvät tasapainot
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
6
Milloin kaksi eri koostumusta ovat tasapainossa keskenään?
Kun eri koostumuksen omaavilla systeemeillä on sama kemiallinen potentiaali Graafisesti esitettynä: Kuvataan Gibbsin vapaaenergian pitoisuusriippuvuus Tälle käyrälle piirretty tangentti on Gibbsin vapaaenergian 1. derivaatta pitoisuuden suhteen (eli kemiallinen potentiaali) Jos kahdelle eri koostumuspisteelle voidaan piirtää yhteinen tangentti, on näiden koostumusten omaavilla systeemeillä sama kemiallinen potentiaali Ts. ko. koostumukset ovat tasapainossa keskenään Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
7
Milloin kaksi eri koostumusta ovat tasapainossa keskenään?
Kuva: K. Hack - FactSage -koulutusmateriaali. Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
8
Aukoton liukoisuus Sulan ja kiinteän faasin vapaaenergia-käyrät kaareutuvat alaspäin Aukoton liukoisuus molemmissa faaseissa Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
9
Esimerkki aukottomasta liukoisuudesta
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
10
Esimerkki aukottomasta liukoisuudesta
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
11
Eutektinen tasapaino Aukoton liukoisuus sulassa tilassa
Liukoisuusaukko kiinteässä tilassa Kiinteän faasin vapaaenergiakäyrä kuvassa esitettyä muotoa (a) Kaksi kiinteää faasia, joilla sama kidemuoto (b) Kaksi kiinteää faasia, joilla eri kidemuoto Kaksi käyrää, joilla omat minimit Samalla käyrällä kaksi paikallista minimiä Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
12
Eutektinen tasapaino Paikallisille minimeille piirretään yhteinen tangentti Tangentti on vapaaenergiakäyrän 1. derivaatta pitoisuuden suhteen (= Kemiallinen potentiaali, ) Leikkauspisteet rajaavat alueen, jossa kahdella eri koostumuksella on sama kemiallinen potentiaali Ts. leikkauspisteiden väliin jää alue, jossa kaksi kiinteää faasia ovat tasapainossa Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
13
Eutektinen tasapaino Piirretty lämpötilassa T5
Eutektinen lämpötila ja koostumus a1 a2 Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
14
Eutektinen tasapaino Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
15
Eutektinen tasapaino Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
16
Eutektinen tasapaino Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
17
Eutektoidinen tasapaino
Eutektinen tasapaino, jossa kahden kiinteän ja yhden sulan faasin sijasta on kolme kiinteää faasia Esimerkki Fe-C-systeemistä Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
18
Peritektinen tasapaino
Aukoton liukoisuus sulassa tilassa Liukoisuusaukko kiinteässä tilassa Erona eutektiseen tasapainoon kiinteäkäyrien minimit ovat samalla puolella sulakäyrän minimiä Peritektinen lämpötila Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
19
Peritektinen tasapaino
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
20
Peritektinen tasapaino
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
21
Peritektoidinen tasapaino
Peritektinen tasapaino, jossa kahden kiinteän ja yhden sulan faasin sijasta on kolme kiinteää faasia Esimerkki Fe2O3-Al2O3-systeemistä Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
22
Monotektinen tasapaino
Kriittinen lämpötila Liukoisuusaukko myös sulassa tilassa Monotektinen lämpötila Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
23
Monotektinen tasapaino
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
24
Monotektinen tasapaino
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
25
Monotektoidinen tasapaino
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
26
Välifaaseja sisältävät systeemit
Kaikki binäärisysteemit koostuvat edellä esitettyjen perustyyppien yhdistelmistä Välifaasit (Lähes) Vakiokoostumuksellinen yhdiste, jonka Koostumus on puhtaiden komponenttien välissä Kiderakenne poikkeaa puhtaiden komponenttien rakenteista Voivat muodostua suoraan sulatteesta tai reaktion kautta Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
27
Välifaaseja sisältävät systeemit
L (s) L (s) L + (s) (s) Muodostuminen suoraan sulatteesta (Congruent) Muodostuminen reaktion kautta (Incongruent) Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
28
Suoraan sulatteesta muodostuva välifaasi
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
29
Reaktion kautta muodostuva välifaasi
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
30
Välifaaseja sisältävät systeemit
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
31
Välifaaseja sisältävät systeemit
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
32
Välifaaseja sisältävät systeemit
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
33
Välifaaseja sisältävät systeemit
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
34
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä
Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
35
Faasiosuuksien määrittäminen vipusäännön avulla
Binäärisysteemi A-B, jossa A kiteytyy -faasina B kiteytyy -faasina esiintyy liukoisuusaukko koostumuksesta c1 koostumukseen c2 Tarkastelun kohteena kaksifaasialueella sijaitseva koostumus c -faasin osuus (x): -faasin osuus (1-x): Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
36
Faasiosuuksien määrittäminen vipusäännön avulla
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
37
Fe-P-systeemi Montako välifaasia esiintyy kuvan koostumusalueella? Muodostuvatko ne reaktion kautta vai suoraan sulatteesta? Mikä on välifaasien koostumus? Mitä faaseja esiintyy systeemissä, joka koostuu sulasta, joka on jäähdytetty 900 C:een, ja jonka kokonaiskoostumus on 90 paino-% Fe (loput P)? Mitkä ovat ko. systeemissä esiintyvien faasien osuudet ja koostumukset? Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
38
Aktiivisuudet ja tasapainopiirrokset
Tasapainopiirrokset kuvaavat systeemissä esiintyvien faasien stabiilisuuksia eri olosuhteissa Stabiilisuus on riippuvainen tarkastelun kohteena olevien aineiden reaktiivisuuksista (ts. aktiivisuuksista) Tasapainopiirrosten ja aktiivisuuksien välillä havaitaan tiettyjä riippuvuuksia Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
39
Aktiivisuudet ja tasapainopiirrokset
Voimakkaan negatiivinen poikkeama Raoultin laista Merkki voimakkaista vetovoimista Yhdisteiden muodostuminen Välifaasit Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
40
Aktiivisuudet ja tasapainopiirrokset
Liuos käyttäytyy lähes ideaalisesti Liuoksen osaslajit toistensa kaltaisia Laajat liukoisuusalueet Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
41
Aktiivisuudet ja tasapainopiirrokset
Koostumusalueella, jossa aktiivisuus on yksi, aine esiintyy puhtaana Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
42
Aktiivisuudet ja tasapainopiirrokset
Koostumusalueella, jossa aktiivisuus on yksi, aine esiintyy puhtaana Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
43
Tasapainopiirrosten kokeellinen määrittäminen
Näytettä, jonka koostumus on XA, hehkutettiin lämpötilassa TX tasapainoon asti ja jäähdytettiin nopeasti. XA TX Lämpötila XS XL Havaittiin 2 faasia: - Kiteinen, jonka koostumus XS - Lasifaasi, jonka koostumus XL (lasifaasi on nopeasti jähmettynyttä sulaa) Piste (XA,TX) osuu kaksifaasialueelle (puuroalue), jonka rajat ko. lämpötilassa ovat XS ja XL Pitoisuus Ts. mittaus kertoo tietoa A-B-systeemistä myös muissa kuin koeolosuhteissa. A = 100 % B = 0 % A = 0 % B = 100 % Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
44
Tasapainopiirrosten kokeellinen määrittäminen
Toista näytettä, jolla on sama koostumus XA, hehkutettiin korkeammassa lämpötilassa TY tasapainoon asti ja jäähdytettiin nopeasti. XA TY Lämpötila XS’ XL’ Havaittiin edelleen 2 faasia: - Kiteinen, jonka koostumus XS’ - Lasifaasi, jonka koostumus XL’ Piste (XA,TY) osuu edelleen kaksifaasialueelle (puuroalue), jonka rajat ovat nyt XS’ ja XL’ Pitoisuus A = 100 % B = 0 % A = 0 % B = 100 % Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
45
Tasapainopiirrosten kokeellinen määrittäminen
Tarkastelu kolmannessa (matalamassa) lämpötilassa TZ. XA TZ Lämpötila XS’’ XL’’ Havaittiin edelleen 2 faasia: - Kiteinen, jonka koostumus XS’’ - Lasifaasi, jonka koostumus XL’’ Saadaan puuroalueen koostumusrajat kolmannessa lämpötilassa. Pitoisuus A = 100 % B = 0 % A = 0 % B = 100 % Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
46
Tasapainopiirrosten kokeellinen määrittäminen
Lämpötila Yhdistämällä kokeiden tulokset nähdään, miten puuroalueen koostumusrajat muuttuvat lämpötilan funktiona. Voidaan hahmotella solidus- ja likviduskäyrät Kokeita jatkamalla saadaan selville, mihin lämpötiloihin asti puuroalue yltää. Pitoisuus A = 100 % B = 0 % A = 0 % B = 100 % Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
47
Teema 1 - Kotitehtävä 4 Deadline = 7.10.2014
Prosessimetallurgian tutkimusryhmä Eetu-Pekka Heikkinen, 2014
Samankaltaiset esitykset
© 2024 SlidePlayer.fi Inc.
All rights reserved.