Фазовые равновесия в системах Pd-Cu-Sn и Pd-Au-Sn - экспериментальное исследование и термодинамический расчет (1105451), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Фаза τ1появляется в тройной системе Pd–Au–Sn при 3 ат.% Au (образец № 23). По результатам ЭДМАтрехфазного образца № 2 максимальное содержание золота в ней составляет 12,6 ат.%, при этомрастворимость олова в τ1 уменьшается с ростом концентрации золота с 19,4 ат.% до 16,8 ат.%(Таблица 20). Микроструктура образца № 2 показана на Рисунке 70,а: по границам крупныхсерых зерен фазы τ1 видны белые участки фазы Pd3Sn, темные мелкие вкраплениясоответствуют α-фазе.
Рентгенограмма образца № 2, на которой отмечены линии,102соответствующие каждой из перечисленных фаз, представлена на Рисунке 70,б, параметрыэлементарных ячеек сосуществующих фаз – в Таблице 19. Результаты ЭДМА исследованияобразцов №№ 1, 24 и 49 (Таблица 20) свидетельствуют о малой ширине области гомогенностиτ1-фазы. Параметр а тетрагональной ячейки τ1-фазы возрастает при добавлении золота от2,8836(4) Å до 2,8855(6) Å, параметр с при этом остается неизменным и составляет3,7502(2)±0,0073 Å (Таблица 19).Рисунок 69. Участок изотермического сечения 500 °С с конодами образцов, содержащихфазы τ1 и Pd3Sn(а)(б)Рисунок 70. Микроструктура (а) и рентгенограмма (б) образца № 2, отожженного при500 °СНаправление и глубина проникновения в тройную систему фазы Pd3Sn установлены порезультатам анализа однофазных образцов №№ 4, 26, двухфазных образцов №№ 3, 30, 49 итрехфазных образцов №№ 2, 6 (Рисунок 69). Из результатов, представленных в Таблице 20,103видно, что с увеличением концентрации золота содержание олова в фазе на основе соединенияPd3Sn уменьшается от ее стехиометрического состава на стороне Pd–Sn изотермическоготреугольника до 17 ат.% при 29 ат.% Au (образец № 6).
На Рисунке 71 показанарентгенограмма сплава № 4, принадлежащего области гомогенности фазы Pd3Sn и имеющегосостав Pd70,8Au5,4Sn23,8. Единственная линия на этой рентгенограмме, не соответствующаяструктуре Pd3Sn, относится к углероду (тип алмаза) и появляется из-за напиливания образцовдля рентгенофазового анализа алмазным надфилем. На Рисунке 72,а приведена микроструктуратрехфазного образца № 6. Светлые участки соответствуют α-твердому раствору на основе ГЦКкомпонентов, серые – фазе Pd3Sn, черные – фазе Pd2Sn.
Системы отражений всех этих фазприсутствуют на рентгенограмме образца (Рисунок 72,б).Рисунок 71. Рентгенограмма образца № 4, отожженного при 500 °С(а)(б)Рисунок 72. Микроструктура (а) и рентгенограмма (б) образца № 6, отожженного при500 °С104Со стороны Au–Sn в тройную систему Pd–Au–Sn проникают фазы ζ и β (Рисунок 66).Распространение фаз ζ и β в тройную систему ограничено конодой образца № 21 и непревышает 5 ат.% Au.Равновесия в системе Pd–Au–Sn при 500 ˚С с участием твердых фаз Pd2Sn, γ-Pd2–xSn,Pd20Sn13 и PdSn представлены на Рисунке 73.
Растворимость золота в соединении Pd2Snопределена конодами двухфазного образца № 20, трехфазных образцов №№ 5, 6, 36 и непревышает 1,5 ат.% Au.Рисунок 73. Участок изотермического сечения 500 °С с конодами образцов, содержащихфазы Pd2Sn, γ-Pd2–xSn, Pd20Sn13 и PdSn системы Pd–SnФаза γ-Pd2–xSn обладает протяженной и достаточно широкой областью гомогенности.Нижняя граница этой области построена по результатам исследования сплавов №№ 22, 25, 36,21, 9, 46, 15, 16, 54. Как показали результаты микрорентгеноспектрального анализа образцов№№ 22, 25, 36, при 6–7 ат.% Au cодержание олова в этой фазе составляет 33 ат.%. Образцы№ 21 и № 22 принадлежали двухфазной области α + γ-Pd2–xSn, образцы № 25 и № 36 –трехфазной области α + Pd2Sn + γ-Pd2–xSn.
Следует отметить, что составы (Таблица 20) ипараметры ГЦК-ячейки (Таблица 19) -твердого раствора в трех последних образцахпрактически одинаковые. Конода двухфазного образца № 21 практически параллельна конодеобразца № 22: составы сосуществующих в нем фаз α и γ-Pd2-xSn соответственно равныPd1,6Au94,9Sn3,8 и Pd53,3Au13,4Sn33,3 (Таблица 18). Микроструктура одного из трехфазныхсплавов (№ 36) показана на Рисунке 74,а. На сером фоне фазы γ-Pd2–xSn видны редкие105включения фазы Pd2Sn, белые участки соответствуют α-фазе.
На рентгенограмме этого образцаприсутствуют системы отражений всех трех фаз (Рисунок 74,б).(а)(б)Рисунок 74. Микроструктура (а) и рентгенограмма (б) образца № 36, отожженного при500 °СВо всех остальных двухфазных образцах (№№ 9, 46, 15, 16, 53, 54), в которых составыфазы γ-Pd2–xSn ограничивают ее нижнюю границу, в равновесии с γ-Pd2–xSn участвовал расплавL. Микроструктуры всех этих сплавов были подобны микроструктуре, представленной наРисунке 75,а: серые зерна фазы γ-Pd2–xSn, вокруг которых при охлаждении образцакристаллизовалась жидкая фаза L.
Параметры ячейки, присутствующей во всех образцах фазыγ-Pd2–xSn, приведены в Таблице 19.(а)(б)(в)Рисунок 75. Микроструктуры образцов № 53 (а), № 35 (б) и № 38 (в), отожженных при500 °СКонода образца № 41 определила положение трехфазного треугольника γ-Pd2–xSn + ζ +L. Все эти фазы хорошо видны на его микроструктуре (Рисунок 76,а): крупные зерна фаз (~300μм в диаметре) на основе соединений γ-Pd2–xSn (черные) и ζ (белые), а между нимизакристализовавшаяся при охлаждении образца жидкость L. Рентгенограмма образца № 41106показана на Рисунке 76,б, параметры ячеек фаз γ-Pd2–xSn и ζ даны в Таблице 20.
Согласноданным РФА, жидкая фаза распадается на AuSn и ζ. При этом состав и параметры решеткиζ-фазы, кристаллизующейся из расплава при закалке образца, отличается от ζ-фазы,находящейся в равновесии с γ-Pd2–xSn и расплавом при температуре отжига.(а)(б)Рисунок 76. Микроструктура (а) и рентгенограмма (б) образца № 41, отожженного при500 °СВерхняя граница области гомогенности фазы на основе соединения γ-Pd2–xSn построенапо результатам исследования образцов №№ 35, 10, 31, 14, 38, 32, 11 (Рисунок 73). В образце№ 35 реализовалось равновесие γ-Pd2–xSn с соединением Pd20Sn13, хотя, как видно измикроструктуры (Рисунок 75,б), количество γ-Pd2–xSn (светлые участки между серыми зернамиPd20Sn13) в нем незначительно.
Содержание золота в равновесной фазе Pd20Sn13 составляет5,3 ат.%, что близко к его максимальной растворимости в Pd20Sn13, поскольку в следующемобразце состава Pd50Au10Sn40 (образец №10) в равновесии с фазой γ-Pd2–xSn находится ужедругое соединение – PdSn (Таблица 19). Следующие сплавы – №№ 31, 14, 38, 32, 11 – образуютвеерообразную серию конод, соединяющих равновесные составы фаз γ-Pd2–xSn и PdSn (Рисунок73). Микроструктура, иллюстрирующая двухфазную область γ-Pd2–xSn + PdSn, представлена наРисунке 75,в (образец № 38). Темные зерна соответствуют фазе PdSn, светлые – фазе γ-Pd2–xSn.По результатам ЭДМА этих сплавов растворимость золота в фазе PdSn составляет ~1 ат.%(Рисунок 73).При увеличении содержания золота до 23,5 ат.% (образец №11) концентрация олова вфазе γ-Pd2-xSn становится близким к 50 ат %, а на рентгенограммах сплавах индицируютсялинии структуры NiAs.107Граница жидкой фазы на изотермическом треугольнике построена по результатамЭДМА образцов №№ 15, 16, 41, 53, 54 (Рисунок 78) с учетом результатов ДТА образцов № 12,17 и 19, на термограммах которых первые пики плавления наблюдались при температурах ниже500 °С (Таблица 18).Рисунок 78.
Участок изотермического сечения 500 °С с конодами образцов, содержащихжидкую фазу LIII.2.3.2.Изотермическое сечение системы Pd–Au–Sn при 800 ˚СИзотермическое сечение системы Pd–Au–Sn при 800 °С представлено на Рисунке 79.Видно, что, как и при 500С, области гомогенности фаз τ1, Pd3Sn и Pd2Sn направлены кзолотому углу изотермического треугольника. Узкая область гомогенности тройной фазы τ1простирается от 3 до 13 ат.% Au, фазы на основе соединений Pd3Sn и Pd2Sn растворяют 34 и7 ат.% Au соответственно.
Растворимость олова в α-твердом растворе на основе ГЦКкомпонентов уменьшается до содержания золота 55-60 ат.% Au; затем несколько увеличиваетсяи при содержании золота 71 ат.%, в точке, соответствующей составу -фазы трехфазнойконоды α + γ-Pd2–xSn + L, достигает 8,5 ат.%; потом снова закономерно уменьшается до 4 ат.%Sn на стороне Au–Sn изотермического треугольника. Область гомогенности фазы γ-Pd2–xSn придобавлении 6 ат.% Au расширяется до своего стехиометрического состава (Pd,Au)2Sn, а затем,при увеличении содержания золота, концентрация олова в ней возрастает. При 18 ат.% Auфаза γ-Pd2–xSn вступает в равновесие с жидкостью и соединением Pd20Sn13.
Растворимостьзолота в соединении PdSn при 800 °С практически отсутствует.108Рисунок 79. Изотермическое сечение системы Pd–Au–Sn при 800 °СГраница твердого раствора α на основе ГЦК-компонентов (Рисунок 80) построена порезультатам исследования одиннадцати сплавов, принадлежащих фазовым областям: α + 1(образцы №№ 1, 23, 24), α + Pd2Sn (образцы №№ 3, 26, 30), α + Pd3Sn (образец № 20), α + L(образец № 37), α + 1 + Pd3Sn (образцы №№ 2, 28) и α + γ-Pd2–xSn + L (образец № 40).
Примерымикроструктур, иллюстрирующих эти области, приведены на Рисунке 81, результатырентгенофазового и энергодисперсионного анализа – в Таблицах 21 и 22.Рисунок 80. Участок изотермического сечения 800 °С с конодами образцов, содержащихα-фазу твердого раствора109Таблица 21. Результаты РФА образцов системы Pd–Au–Sn, отожженных при 800 ˚С№сплава12Состав образца пошихте, ат. %PdAuSn756510201515Числофаз22Фаза–2,8782(7)3,9745(11)––3,7487(17)–AuCu32,8903(1)–––3,745(2)–αCu4,0047(14)––Pd3SnAuCu33,9935(11)––Pd3SnAuCu33,9827(10)––Pd2SnCo2Si8,118(16)5,652(2)4,312(12)Pd3SnAuCu33,9976(3)––Pd2SnCo2SiPd3SnAuCu38,1563(5)4,0083(4)5,5096(6)–4,5889(13)–Pd2SnCo2SiPd2SnCo2Si8,103(10)8,132(5)5,637(7)5,608(6)4,308(4)4,436(1)γ-Pd2–xSnNi2In4,4894(12)–5,6430(18)Cu4,0655(3)––NiAs–––αCu4,0585(10)––Pd2SnCo2Si8,080(13)5,565(7)4,467(4)Cuτ1На основе InαCuτ1На основе In553015247052525601525267820556558402051245253030152132L(а)αAuSn(а)c63–αb109a3,9492(19)Pd3Sn3Параметры ячейки, ǺСтруктурный тип1102378319324721018226681022228304835401517203243,9428(15)––τ1На основе In2,8725(4)–3,7546(4)Pd3SnAuCu33,9759(2)––αCu3,9559(7)––τ1На основе In2,8803(9)–3,7481(6)αCu3,9756(7)––Pd3SnAuCu33,9844(3)––αCu3,9711(5)––Pd3SnAuCu33,9772(10)––τ1На основе InαCu2,8885(4)4,0481(12)––3,7464(4)–Pd3SnAuCu34,0053(9)––γ-Pd2–xSnNi2In4,455(3)–5,7462(18)αCu4,0461(4)––NiAs–––Mg–––γ-Pd2–xSnNi2In4,483(4)–5,630(6)Pd2SnCo2Si8,130(6)5,614(13)4,428(8)γ-Pd2–xSnNi2In4,421(5)–5,655(4)Pd3SnAuCu33,9768(8)––τ1На основе In2,8813(4)–3,7502(13)γ-Pd2–xSnNi2In40,402(3)–5,651(2)L42607332485753814975520250605351AuSn (а)ζ(а)(а) Количество фазы в образце недостаточно для определения параметров ячейки634015Cu1104070α111Таблица 22.
Результаты ЭДМА образцов системы Pd–Au–Sn, отожженных при 800 ˚С№сплава12Состав образца поPdшихте,Auат. %Sn756510201515Число2355301524705252560152526552025276553018581230220404515223783192247210182266810222701515PdAuSnα75,811,512,7τ175,27,117,7α60,430,59,1τ169,913,416,7Pd3Sn71,15,123,8α40,254,85,0Pd3Sn67,411,221,4Pd3Sn71,35,523,2Pd2Sn66,21,532,3Pd3Sn61,417,621,0Pd2Sn64,05,031,0Pd3Sn50,931,517,6Pd2Sn62,36,830,9Pd2Sn62,66,131,3γ-Pd2–xSn57,610,731,7–––α25,766,18,2Pd2Sn61,67,131,3α81,73,714,6τ177,33,019,7α72,514,612,9τ174,17,918,0α46,946,86,3Pd3Sn68,89,521,7α58,732,19,2Pd3Sn73,24,822,0τ169,613,516,9α26,067,76,3Pd3Sn51,232,516,3α16,177,36,6–––фаз328Состав фазы, ат. %Фаза3304835172372065152L (а)L(б)112404040203α20,870,78,5γ-Pd2–xSn57,310,732,0L28,049,422,6γ-Pd2–xSn62,15,632,3–––γ-Pd2–xSn57,65,536,9Pd3Sn75,31,723,0τ174,96,718,442607332485753814975520250605351γ-Pd2–xSn60,53,735,858455051α45,349,75,05927,5702,51α27,170,92,060207551α17,578,63,9Pd2Sn (а)(а) Размеры выделений недостаточны для определения ее точного состава(б) Состав фазы не определен(а)(б)(в)Рисунок 81.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
