1. Fázové rovnováhy vícesložkových soustav
Nej stabilnějším stavem uzavřené soustavy nereagujících složek za konstantní teploty a tlaku je takový fázový stav, pro který je celková Gibbsova energie soustavy nejnižší. Rovnovážný stav soustavy je podmíněn termodynamickými vlastnostmi složek a fází soustavy. Dokud není stavu termodynamické rovnováhy dosaženo existují v soustavě hnací síly vedoucí k přerozdělování složek mezi fázemi a často i ke vzniku či zániku fází.
Nej vyšší možný počet koexistujících fází nacházejících se v termodynamické rovnováze s složkové soustavy je omezen Gibbsovým fázovým zákonem
f + v = s + 2 (1.1.) kde /je počet fází a v počet stupňů volnosti. Je-li v = 0, nabývá počet fází své limitní hodnoty.
l.a.  Fázový diagram Sn-Pb
Izobarický binární fázový diagram Pb-Sn představuje důležitý zdroj informací. Slitina Pb-wt%Sn je nejčastěji používanou nízkotavou pájkou v elektrotechnice. Isobarický řez fázovým diagramem při tlaku lAtm je uveden na Obr. 1. Čisté složky mají odlišný bod tání (Pb: 327,462°C, Sn: 231,928°C) a vzájemnou omezenou rozpustnost v tuhé fázi. Řez fázovým diagramem vykazuje
^00-
typické vlastnosti soustavy s eutektikem (Pb- 62 wt%Sn, Te=185°C).
K sestrojení fázových diagramů se často vychází
z experimentálně stanovených křivek chladnutí doplněných o metalografické pozorování. Při chladnutí čistých kovů či roztavených slitiny jsou fázové transformace při chladnutí provázeny změnami v rychlosti ochlazování, viz prodlevy a zlomy na křivkách chladnutí na Obr. 2. Z jejich pozice získáváme teploty, které odpovídají průsečíkům souřadnice složení slitiny s hranicemi fázových oblastí ve fázovém diagramu.
Po ochlazení vzorků slitin podrobených měření křivek chladnutí na laboratorní teplotu lze vzniklé fáze obvykle rozlišit v optickém mikroskopu.
u
C3
CD
E30-
50-
c liquid 52	-.<=> cxp	Za 100% sn
j        a + č		
0      0.2    0.4    0,6    0,0    L. B
obsah Sn / hmotnostní %
Obr. 1.: Isobarický řez soustavou Pb-Sn s vyznačením složení vzorků noužitvch k měření křivek chladnutí fviz Obr. 2^
///
la-c
úloha
J.  Vřeařil,  J.   S o p o u ä e k ,  P. Brož
krivky chladnutí: Naměříme závislosti na Obr.1 a srovnáme zlomy s fázovým diagramem Pb-Sn či čistých kovů Obr.2.
280 i—
240
O
(0 (0
o
Q.
200 }—
160 h-
Křivky chladnutí
čistý Sn
Pb - 66 wt% Sn
Pb - 86 wt% Sn
10 15 čas / min
20
25
Obr. l.i Experimentální křivky chladnutí čistého kovu, slitiny blízké eutektiku a nadeutektické slitiny s efekty podchlazení taveniny.
/2/
Metalografie vzorků: K pozorování použijeme již připravené vzorky. Pokud nejsou k dispozici je nutné z kapalných vzorků pro měření křivek chladnutí vyjmout měřící kapiláry a odlít tyto slitiny do připravené formy. Metalografii provádíme takto:
• Na metalografické brusce brousíme vzorek pod vodou brusnými papíry (zrnitost 200, 500, 750). Provedené závěrečné leštění emulsí OSP, opláchneme etanolem a vysušíme fénem.
• Seznámíme se s návodem k metalografickému mikroskopu a s postupem focení snímků. Vyfotíme pozorované mikrostruktury při přehledném, representativním a detailním zvětšení. Popíšeme struktury pozorované u slitin a u Čistých kovů. Získané snímky porovnáme s metalografickým atlasem.
Obr. 3.: Mikrostruktura nadeutektické slitiny Pb-86wt%Sn po ochlazení na laboratorní teplotu. Tmavé větší oblasti jsou zrna fáze bohaté na Sn, zbytek je dvoufázové eutektikum.
/3/